CN108027256A - 直动旋转检测器 - Google Patents

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CN108027256A CN201680054184.7A CN201680054184A CN108027256A CN 108027256 A CN108027256 A CN 108027256A CN 201680054184 A CN201680054184 A CN 201680054184A CN 108027256 A CN108027256 A CN 108027256A
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direct acting
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森山克也
有贺英吉
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Nidec Corp
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Abstract

本发明提供一种直动旋转检测器，其能够抑制直动方向上的大型化。直动旋转检测器(7)具有：在轴线方向(X)上直线移动并绕轴线(L)旋转的圆筒状的磁尺(8)；直动位置检测用的第一磁检测元件(41)；以及旋转位置检测用的第二磁检测元件(42)。磁尺(8)在周面包括格子状的磁化图案(37)，所述磁化图案(37)在轴线方向(X)上交替排列有S极和N极，并且在绕轴线(L)的方向上交替磁化出了S极和N极。第一磁检测元件(41)以及第二磁检测元件(42)与磁化图案(37)相对地配置。由于能够通过与同一磁化图案相对的第一磁检测元件(41)和第二磁检测元件(42)检测直动位置和转动位置，因此无需将线性标尺和旋转标尺配置在轴线方向(X)上的不同的位置处。由此，能够抑制直动旋转检测器(7)在轴线方向(X)上大型化。

Description

直动旋转检测器
技术领域
本发明涉及检测被驱动物的旋转位置以及直动位置的直动旋转检测器。
背景技术
在专利文献1中记载有具有使输出轴直动以及旋转的马达部和检测输出轴的直动位置以及旋转位置的直动旋转检测器的直动旋转驱动装置。在该专利文献1中，直动旋转检测器具有：在直动方向上具有设成一定间隔的直线刻度的圆筒状的线性标尺；以及在周向上磁化成两个极的圆盘形状的永久磁铁(旋转标尺)。线性标尺和永久磁铁同轴地固定于输出轴。并且，线性标尺和永久磁铁固定于输出轴上的轴线方向的不同的位置。直动旋转检测器包括：对线性标尺进行读取来检测直动方向的位移的直动变位检测部；以及根据永久磁铁的磁场检测旋转方向的位移的旋转位移检测部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-60478号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
线性标尺通常包括与被驱动物(输出轴)的直动距离对应的长度。因而，如专利文献1中记载，若将线性标尺和旋转标尺配置在轴线方向上的不同的位置，则直动旋转检测器在轴线方向上相对于被驱动物的直动距离至少增大与旋转标尺的轴线方向的长度相应的量。
鉴于以上问题，本发明的课题在于提供一种能够抑制轴线方向上的大型化的直动旋转检测器。
用于解决技术课题的手段
为了解决上述课题，本发明所涉及的直动旋转检测器具有：圆筒状的磁尺，其在轴线方向上直动，并且绕轴线旋转；直动位置检测用的第一磁检测元件；以及旋转位置检测用的第二磁检测元件，所述磁尺在绕所述轴线的周面包括格子状的磁化图案，所述磁化图案在所述轴线方向上交替排列有S极和N极，并且绕所述轴线交替磁化出了S极和N极，所述第一磁检测元件以及所述第二磁检测元件与所述磁化图案相对地配置。
根据本发明，磁尺在绕轴线的周面包括格子状的磁化图案，该磁化图案在轴线方向上交替排列有S极和N极，并且绕轴线交替磁化出了S极和N极。在此，格子状的磁化图案在周向上并列地具有多个在轴线方向上交替排列有S极和N极并沿轴线方向延伸的磁道。并且，格子状的磁化图案在轴线方向上并列地具有多个在周向上交替排列有S极和N极并沿周向延伸的磁道。因而，通过利用直动位置检测用的第一磁检测元件检测沿轴线方向延伸的多列磁道在轴线方向上移动时的磁场的变化，能够检测直动位置。并且，通过利用旋转位置检测用的第二磁检测元件检测沿周向延伸的多列磁道绕轴线旋转时的磁场的变化，能够检测旋转位置。即，在本发明中，能够通过与同一磁化图案相对的第一磁检测元件和第二磁检测元件检测直动位置和转动位置。由此，无需将线性标尺和旋转标尺配置在轴线方向上的不同的位置。并且，由于能够将第一磁检测元件和第二磁检测元件与同一磁化图案相对地配置，因此能够将第一磁检测元件和第二磁检测元件配置在轴线方向上的相同的位置。由此，能够抑制直动旋转检测器在轴线方向上大型化。
在本发明中，能够设成：具有传感器基板，所述传感器基板包括所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件。这样一来，与分别在不同的传感器基板包括第一磁检测元件和第二磁检测元件的情况相比，能够抑制直动旋转检测器大型化。
在该情况下，优选所述第一磁检测元件是磁阻元件，包括彼此以90°的相位差检测所述磁尺的直动的A相的第一磁阻图案以及B相的第一磁阻图案，所述第二磁检测元件是磁阻元件，包括彼此以90°的相位差检测所述磁尺的旋转的A相的第二磁阻图案以及B相的第二磁阻图案，所述A相的第一磁阻图案和所述B相的第一磁阻图案层叠在所述传感器基板上，所述A相的第二磁阻图案和所述B相的第二磁阻图案层叠在所述传感器基板上。这样一来，能够在传感器基板上缩小第一磁检测元件以及第二磁检测元件。因而，能够缩小传感器基板，从而能够使装置小型化。
在本发明中，能够设成：所述A相的第一磁阻图案、所述B相的第一磁阻图案、所述A相的第二磁阻图案以及所述B相的第二磁阻图案层叠在所述传感器基板上。这样一来，与将第一磁检测元件和第二磁检测元件不层叠而形成于传感器基板上的情况相比，能够减小第一磁检测元件和第二磁检测元件的形成面积。因而，能够缩小传感器基板。由此，容易使装置小型化。
在本发明中，优选所述第一磁检测元件的所述传感器基板上的与所述磁尺的绕轴方向对应的方向上的宽度比所述传感器基板上的与所述磁尺的轴线方向对应的方向上的高度短，所述第二磁检测元件的所述传感器基板上的与所述磁尺的绕轴方向对应的方向上的宽度比所述传感器基板上的与所述磁尺的轴线方向对应的方向上的高度短。即，第一磁检测元件以及第二磁检测元件检测磁场的变化的磁化图案设置于磁尺的圆周面。因而，在将传感器基板设成与轴线平行的姿势并使其与磁尺的圆周面相对时，磁尺(磁化图案)与传感器基板之间的间隙在磁尺的周向上发生变化。由此，通过将构成第一磁检测元件的A相的第一磁阻图案以及B相的第一磁阻图案层叠在传感器基板上，只要将第一磁检测元件的与磁尺的周向对应的方向上的宽度抑制得较短，则能够抑制由磁尺与传感器基板之间的间隙变动产生的磁强度部分对第一磁检测元件的输出的影响。并且，通过将构成第二磁检测元件的A相的第二磁阻图案以及B相的第二磁阻图案层叠在传感器基板上，只要将第二磁检测元件的与磁尺的周向对应的方向上的宽度抑制得较短，则能够抑制由磁尺与传感器基板之间的间隙变动产生的磁强度部分对第二磁检测元件的输出的影响。而且，只要在第一磁检测元件以及第二磁检测元件各自中将与磁尺的周向对应的方向上的宽度抑制得较短，则能够使磁尺细径化。
在该情况下，优选所述第一磁检测元件的宽度方向的中心以及所述第二磁检测元件的宽度方向的中心与所述磁尺的曲率的顶点相对。这样一来，关于第一磁检测元件的输出以及第二磁检测元件的输出，能够获得变形较少的正弦波。
在本发明中，能够设成：所述A相的第一磁阻图案包括以180°的相位差检测所述磁尺的直动的+a相的第一磁阻图案和-a相的第一磁阻图案，所述B相的第一磁阻图案包括以180°的相位差检测所述磁尺的直动的+b相的第一磁阻图案和-b相的第一磁阻图案，所述A相的第二磁阻图案包括以180°的相位差检测所述磁尺的直动的+a相的第二磁阻图案和-a相的第二磁阻图案，所述B相的第二磁阻图案包括以180°的相位差检测所述磁尺的直动的+b相的第二磁阻图案和-b相的第二磁阻图案，所述+a相的第一磁阻图案、-a相的第一磁阻图案、+b相的第一磁阻图案、所述+b相的第一磁阻图案、所述+a相的第二磁阻图案、-a相的第二磁阻图案、+b相的第二磁阻图案以及所述+b相的第二磁阻图案被层叠起来。这样一来，与将第一磁检测元件和第二磁检测元件不层叠而形成于传感器基板上的情况相比，能够减小第一磁检测元件和第二磁检测元件的形成面积。因而，能够缩小传感器基板。由此，容易使装置小型化。并且，这样一来，与将第一磁检测元件和第二磁检测元件不层叠而形成于传感器基板上的情况相比，能够将第一磁检测元件的与磁尺的周向对应的方向的长度以及第二磁检测元件的与磁尺的周向对应的方向的长度抑制得较短。由此，能够抑制由圆筒状的磁尺与传感器基板之间的间隙变动产生的磁强度部分对第一磁检测元件的输出以及第二磁检测元件的输出的影响。
在本发明中，能够设成：包括具有所述第一磁检测元件的第一传感器基板，所述第一磁检测元件是磁阻元件，包括彼此以90°的相位差检测所述磁尺的直动的A相的第一磁阻图案以及B相的第一磁阻图案，所述A相的第一磁阻图案和所述B相的第一磁阻图案层叠在所述第一传感器基板上。只要将构成第一磁检测元件的A相的第一磁阻图案以及B相的第一磁阻图案层叠在第一传感器基板上，则与将第一传感器基板上的第一磁检测元件以不层叠各磁阻图案的方式形成于第一传感器基板上的情况相比，能够减小这些磁阻图案。由此，能够缩小第一传感器基板，因此容易使直动旋转检测器小型化。
在本发明中，优选所述第一磁检测元件的所述第一传感器基板上的与所述磁尺的绕轴方向对应的方向上的宽度比所述第一传感器基板上的与所述磁尺的轴线方向对应的方向上的高度短。即，第一磁检测元件检测磁场的变化的磁化图案设置于磁尺的圆周面。因而，在将第一传感器基板设成与轴线平行的姿势并使其与磁尺的圆周面相对时，磁尺(磁化图案)与第一传感器基板之间的间隙在周向上发生变化。由此，通过将构成第一磁检测元件的A相的第一磁阻图案以及B相的第一磁阻图案层叠在第一传感器基板上，只要将第一磁检测元件的与磁尺的周向对应的方向上的宽度抑制得较短，则能够抑制由磁尺与第一传感器基板之间的间隙变动产生的磁强度部分对第一磁检测元件的输出的影响。
在该情况下，优选所述第一传感器基板上的所述第一磁检测元件的宽度方向的中心与所述磁尺的曲率的顶点相对。这样一来，关于第一磁检测元件的输出，能够获得变形较少的正弦波。
在本发明中，能够设成：具有包括所述第二磁检测元件的第二传感器基板，所述第二磁检测元件是磁阻元件，包括彼此以90°的相位差检测所述磁尺的旋转的A相的第二磁阻图案以及B相的第二磁阻图案，所述A相的第二磁阻图案和所述B相的第二磁阻图案层叠在所述第二传感器基板上。只要将构成第二磁检测元件的第二磁阻图案和第二磁阻图案层叠在第二传感器基板上，则与将第二传感器基板上的第二磁检测元件以不层叠各磁阻图案的方式形成于第二传感器基板上的情况相比，能够减小这些磁阻图案。由此，能够缩小第二传感器基板，因此容易使直动旋转检测器小型化。
在本发明中，优选所述第二磁检测元件的所述第二传感器基板上的与所述磁尺的绕轴方向对应的方向上的宽度比所述第二传感器基板上的与所述磁尺的轴线方向对应的方向上的高度短。即，第二磁检测元件检测磁场的变化的磁化图案设置于磁尺的圆周面。因而，在将第二传感器基板设成与轴线平行的姿势并使其与磁尺的圆周面相对时，磁尺(磁化图案)与第二传感器基板之间的间隙在磁尺的周向上发生变化。由此，通过将构成第二磁检测元件的A相的第二磁阻图案以及B相的第二磁阻图案层叠在第二传感器基板上，只要将第二磁检测元件的与磁尺的周向对应的方向上的宽度抑制得较短，则能够抑制由磁尺与第二传感器基板之间的间隙变动产生的磁强度部分对第二磁检测元件的输出的影响。
在该情况下，优选所述第二传感器基板上的所述第二磁检测元件的宽度方向的中心与所述磁尺的曲率的顶点相对。这样一来，关于第二磁检测元件的输出，能够获得变形较少的正弦波。
发明效果
根据本发明的直动旋转检测器，能够使用一个磁尺来检测直动位置和转动位置，该标尺在周面包括格子状的磁化图案，格子状的磁化图案在轴线方向上交替排列有S极和N极，并且在绕轴方向上交替磁化出了S极和N极。由此，无需在轴线方向上排列线性标尺和旋转标尺。并且，由于能够将第一磁检测元件和第二磁检测元件与设置于一个磁尺的磁化图案相对地配置，因此能够将第一磁检测元件和第二磁检测元件配置在轴线方向上的相同的位置。由此，能够抑制直动旋转检测器在轴线方向上大型化。
附图说明
图1是包括本发明的直动旋转检测器的直动旋转驱动装置的外观立体图。
图2是将图1的直动旋转驱动装置利用包含轴线的面剖切之后的剖视图。
图3是图1的直动旋转驱动装置的分解立体图。
图4是直动旋转检测器的说明图。
图5是直动旋转检测器的磁传感器的说明图。
图6是磁传感器的磁阻元件所构成的电路的说明图。
图7是变形例的磁传感器的说明图。
图8是变形例的直动旋转检测器的说明图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(直动旋转驱动装置)
图1是包括本发明的直动旋转检测器的直动旋转驱动装置的外观立体图。图2是将图1的直动旋转驱动装置利用包含轴线的面剖切之后的剖视图。图3是图1的直动旋转驱动装置的分解立体图。如图1所示，直动旋转驱动装置1包括输出轴2、使输出轴2沿轴线L移动的线性马达部3、使输出轴2向绕轴方向θ旋转的旋转马达部4以及滚珠花键轴承(轴承)5。滚珠花键轴承5将输出轴2支承为能够在轴线方向X上移动，并且向输出轴2传递旋转马达部4的驱动力。
并且，直动旋转驱动装置1包括用于检测输出轴2的直动位置以及旋转位置的直动旋转检测器7。直动旋转检测器7包括：同轴地固定于输出轴2的筒状的磁尺8；以及从与轴线L垂直的方向与磁尺8相对的磁传感器9。
直动旋转检测器7的磁尺8、线性马达部3、旋转马达部4以及滚珠花键轴承5从轴线方向X的一侧向另一侧依次同轴地配置。另外，在以下说明中，将轴线方向设为X，将绕轴方向设为θ。
(线性马达部)
如图2所示，线性马达部3具有动子11和定子12。动子11包括输出轴2和固定于输出轴2的外周面的多个永久磁铁13。各永久磁铁13呈环状，在轴线方向X上磁化出了N极和S极。多个永久磁铁13中的相邻的永久磁铁13彼此相互朝向相同的极而相对。在本例中，在输出轴2固定有十个永久磁铁13。
定子12位于动子11的外周侧。如图1、图2所示，定子12包括：具有同轴地排列的多个线圈17的筒状的线圈排列体15；以及固定于线圈排列体15的布线板16。
如图2、图3所示，线圈排列体15包括多个筒状的线圈单元19，该线圈单元19利用树脂18一体地覆盖并固定在轴线方向X上相邻的三个线圈17而成。各线圈单元19在轴线方向X上同轴连接，由此构成线圈排列体15。在本例中，线圈排列体15包括七个线圈单元19。因而，线圈排列体15包括21个线圈17。
将各线圈单元19从轴线方向X观察时的轮廓形状为矩形。并且，各线圈单元19呈轴线方向X的高度尺寸比构成轮廓形状的矩形的各边的长度短的偏平形状。各线圈单元19的轴线方向X的长度尺寸是固定于动子11的各永久磁铁13的轴线方向X的长度尺寸的两倍左右。
各线圈单元19在绕轴方向θ上具有四个侧面。如图1所示，四个侧面中的一个侧面成为基板固定面19a。如图3所示，线圈单元19内的各线圈17的始端17a和末端17b从基板固定面19a向外侧露出(突出)。各线圈单元19将基板固定面19a以朝向同一方向的姿势连接。布线板16固定于通过各线圈单元19的基板固定面19a在轴线方向X上并排而形成的平坦面(线圈排列体15的基板固定面)。在布线板16连接有各线圈单元19的各线圈17的始端17a以及末端17b。
在此，线性马达部3是三相马达，在驱动线性马达部3时，各线圈单元19的三个线圈17分别作为U相的线圈17(U)、V相的线圈17(V)以及W相的线圈17(W)发挥功能。通过线性马达部3，能够使给电的线圈17在轴线方向X上移动，并且能够使动子11在轴线方向X上移动。
(旋转马达部)
旋转马达部4具有动子21和定子22。动子21包括输出轴2贯通的中空的螺母轴23。如图3所示，螺母轴23包括小径筒部23a和直径比小径筒部23a的直径大的大径筒部23b。大径筒部23b在小径筒部23a的滚珠花键轴承5侧连续设置。并且，动子21包括：固定于螺母轴23的小径筒部23a的外周面的筒状的轭24；以及固定于轭24的外周面的筒状的永久磁铁25。永久磁铁25呈筒状，在绕轴方向θ(周向)上交替磁化出了多个N极和S极。
定子22位于永久磁铁25的外周侧。定子22包括：从外周侧包围永久磁铁25的筒状的轭26；以及固定于轭26的内周面的多个线圈27。各线圈27以使其中空部朝向与轴线L垂直的半径方向的姿势固定于轭26。多个线圈27在绕轴方向θ上排列。在本例中，定子22包括六个线圈27。通过壳体28从外周侧保持轭26。将壳体28从轴线方向X观察时的轮廓形状是正方形。
螺母轴23利用向线圈27供给的电力向绕轴方向θ旋转。在此，在螺母轴23的大径筒部23b的内周侧配置有构成滚珠花键轴承5的滚珠螺母31。另外，在图2中省略了构成滚珠花键轴承5的滚珠以及设置于输出轴2的花键。螺母轴23的旋转经由滚珠螺母31向输出轴2传递。因而，当驱动旋转马达部4时，输出轴2旋转。螺母轴23的大径筒部23b被轴承壳体32覆盖。将轴承壳体32从轴线方向X观察时的轮廓形状是正方形。只要使用本方式的旋转马达部4，即使动子21不在轴线方向X上移动，由于只有输出轴2能够在轴线方向X上移动，因此也能够实现旋转马达部4的小型化。
(直动旋转检测器)
图4是直动旋转检测器7的说明图。如图4所示，磁尺8呈圆筒状。如图1至图3所示，磁尺8以使输出轴2贯通其中心孔中的状态同轴地固定于输出轴2。磁尺8与输出轴2一体地在轴线方向X上直动，并且向绕轴方向θ旋转。
磁尺8包括：成为固定于输出轴2的固定部的筒部件35；以及固定于筒部件35的外周侧的环状的永久磁铁36。永久磁铁36在绕轴方向θ的圆周面包括格子状的磁化图案37，该磁化图案37在轴线方向X上交替排列有S极和N极，并且在绕轴方向θ上交替磁化出了S极和N极。在此，格子状的磁化图案37在绕轴方向θ上并列地具有多个在轴线方向X上交替排列有S极和N极并沿轴线方向X延伸的轴向磁道37a。并且，格子状的磁化图案37在轴线方向X上并列地具有多个在绕轴方向θ上交替排列有S极和N极并沿绕轴方向θ延伸的周向磁道37b。
磁传感器9包括传感器基板40，该传感器基板40以与轴线L平行的姿势从与轴线L相对的方向与磁尺8相对。并且，磁传感器9包括形成于传感器基板40中的与磁尺8相对的基板表面40a的直动位置检测用的第一磁阻元件(第一磁检测元件)41和旋转位置检测用的第二磁阻元件(第二磁检测元件)42。
(第一磁阻元件)
图5是磁传感器9的说明图。图5(a)的上段左侧的图是在将第一磁阻元件41以单层形成于基板表面40a的情况下从轴线方向X观察时的磁尺8与第一磁阻元件41以及传感器基板40之间的位置关系的说明图，图5(a)的上段右侧的图是在将第一磁阻元件41以单层形成于基板表面40a的情况下的磁阻图案的配置的说明图。图5(a)的下段左侧的图是在将第二磁阻元件42以单层形成于基板表面40a的情况下从轴线方向X观察时的磁尺8与第二磁阻元件42以及传感器基板40之间的位置关系的说明图，图5(a)的下段右侧的图是在将第二磁阻元件42以单层形成于基板表面40a的情况下的磁阻图案的配置的说明图。
图5(b)的上段左侧的图是在将第一磁阻元件41以双层形成于基板表面40a的情况下从轴线方向X观察时的磁尺8与第一磁阻元件41以及传感器基板40之间的位置关系的说明图，图5(b)的上段中央的图是在将第一磁阻元件41以双层形成于基板表面40a的情况下的磁阻图案的配置的说明图，图5(b)的上段右侧的图是示意地示出第一磁阻元件41的沿图5(b)的上段中央的图的X-X线的截面的说明图。图5(b)的下段左侧的图是在将第二磁阻元件42以双层形成于基板表面40a的情况下从轴线方向X观察时的磁尺8与第二磁阻元件42以及传感器基板40之间的位置关系的说明图，图5(b)的下段中央的图是在将第二磁阻元件42以双层形成于基板表面40a的情况下的磁阻图案的配置的说明图，图5(b)的下段右侧的图是示意地示出第二磁阻元件42的沿图5(b)的下段中央的图的Y-Y线的截面的说明图。图5(c)的左侧的图是在层叠第一磁阻元件41和第二磁阻元件42的情况下从轴线方向X观察时的磁尺8与第一磁阻元件41、第二磁阻元件42以及传感器基板40之间的位置关系的说明图，图5(c)的右侧的图是第一磁阻元件41和第二磁阻元件42在基板表面40a中的配置的说明图。图6是各磁阻元件41、42所构成的电路的说明图。
第一磁阻元件41使其感磁方向朝向轴线方向X。因而，通过使磁尺8的磁化图案37在绕轴方向θ上包括多列交替排列有S极和N极并沿轴线方向X延伸的轴向磁道37a，第一磁阻元件41对磁尺8移动时的磁场的变化进行检测。在此，第一磁阻元件41检测由多个轴向磁道37a中的在绕轴方向θ上相邻的两个轴向磁道37a的边界部分(N极与S极相邻的部分)产生的旋转磁场。并且，第一磁阻元件41利用磁阻元件的饱和灵敏度区域检测旋转磁场。即，第一磁阻元件41使电路向后述的磁阻图案流动，并且施加电阻值饱和的磁场强度，从而检测面内方向的朝向在边界部分发生变化的旋转磁场。
第一磁阻元件41包括彼此以90°的相位差检测磁尺8的直动的A相的第一磁阻图案SIN以及B相的第一磁阻图案COS。换句话说，传感器基板40在能够以90°的相位差检测从磁尺8获得的同一波长的位置处具有A相的第一磁阻图案SIN和B相的第一磁阻图案COS。
并且，A相的第一磁阻图案SIN包括以180°的相位差检测磁尺8的直动的+a相的第一磁阻图案SIN+和-a相的第一磁阻图案SIN-。同样地，B相的第一磁阻图案COS包括以180°的相位差检测磁尺8的直动的+b相的第一磁阻图案COS+和-b相的第一磁阻图案COS-。即，+a相的第一磁阻图案SIN+和+b相的第一磁阻图案COS+形成于传感器基板40上的能够以90°的相位差检测从磁尺8获得的同一波长的位置处。并且，-a相的第一磁阻图案SIN-和-b相的第一磁阻图案COS-形成于传感器基板40上的能够以90°的相位差检测从磁尺8获得的同一波长的位置处。
如图5(a)的上段右侧的图所示，+a相的第一磁阻图案SIN+、+b相的第一磁阻图案COS+、-a相的第一磁阻图案SIN-、-b相的第一磁阻图案COS-在基板表面40a上以单层形成于各第一磁阻图案SIN+、SIN-、COS+、COS-互不重叠的配置。
与此相对，在本例中，将A相的第一磁阻图案SIN(SIN+、SIN-)和B相的第一磁阻图案COS(COS+、COS-)以双层重叠在传感器基板40上。
更具体地说，如图5(b)的上段中央以及上段右侧的图所示，在传感器基板40的基板表面40a形成有+b相的第一磁阻图案COS+，并在其上层叠有+a相的第一磁阻图案SIN+。并且，在传感器基板40的基板表面40a上形成有-a相的第一磁阻图案SIN-，并在其上层叠有-b相的第一磁阻图案COS-。另外，+a相的第一磁阻图案SIN+和+b相的第一磁阻图案COS+的层叠关系也可以相反。并且，-a相的第一磁阻图案SIN-和-b相的第一磁阻图案COS-的层叠关系也可以相反。
若将构成第一磁阻元件41的A相的第一磁阻图案SIN和B相的第一磁阻图案COS层叠在传感器基板40上，则A相的第一磁阻图案SIN和B相的第一磁阻图案COS在传感器基板40上的配置自由度增加。因而，与将A相的第一磁阻图案SIN(SIN+、SIN-)和B相的第一磁阻图案COS(COS+、COS-)不层叠而形成于传感器基板40上的情况相比，能够缩小第一磁阻元件41。
在本例中，通过将构成第一磁阻元件41的A相的第一磁阻图案SIN和B相的第一磁阻图案COS层叠在传感器基板40上，使第一磁阻元件41的与磁尺8的绕轴方向θ对应的方向上的宽度W1比第一磁阻元件41的与磁尺8的轴线方向X对应的方向上的高度H1(参照图5(b)上段)短。并且，在本例中，将第一磁阻元件41的宽度方向的中心配置在与设置于圆筒状的磁尺8的圆周面的磁化图案37的曲率的顶点相对的位置处。
在此，第一磁阻元件41检测磁场的变化的磁化图案37设置于圆筒状的磁尺8的圆周面。因而，在将传感器基板40设成与轴线L平行的姿势并使其与磁尺8的圆周面相对时，第一磁阻图案与传感器基板40之间的间隙G在绕轴方向θ(周向)上发生变化。因而，通过缩短第一磁阻元件41的与磁尺8的绕轴方向θ对应的方向上的宽度W1，能够抑制由磁尺8与传感器基板40之间的随曲率变化的间隙变动产生的磁强度部分对第一磁阻元件41的输出的影响。
另外，传感器基板40由玻璃或硅构成。设置于基板表面40a的第一层的各磁阻图案SIN-、COS+通过利用半导体工艺将强磁性体NiFe等磁性体膜层叠在基板表面40a而形成。并且，与第一层的各磁阻图案SIN-、COS+重叠的第二层的各磁阻图案COS-、SIN+通过在第一层的各磁阻图案上形成SiO2等无机绝缘层并在该无机绝缘层上层叠强磁性体NiFe等磁性体膜而形成。
在此，图6是第一磁阻元件41的各磁阻图案SIN+、SIN-、COS+、COS-所构成的电路图。如图6(a)所示，+a相的第一磁阻图案SIN+以及-a相的第一磁阻图案SIN-构成电桥电路，均为一端与电源端子(Vcc)连接，另一端与接地端子(GND)连接。并且，在+a相的第一磁阻图案SIN+的中点位置设置有输出+a相的端子+a，在-a相的第一磁阻图案SIN-的中点位置设置有输出-a相的端子-a。因而，只要在减法器中输入端子+a、端子-a的输出，则能够获得变形较少的正弦波的差动输出。
同样地，如图6(b)所示，+b相的磁阻图案COS+以及-b相的磁阻图案COS-构成电桥电路，均为一端与电源端子(Vcc)连接，另一端与接地端子(GND)连接。在+b相的磁阻图案COS+的中点位置设置有输出+b相的端子+b，在-b相的磁阻图案COS-的中点位置设置有输出-b相的端子-b。因而，只要在减法器中输入端子+b、端子-b的输出，则能够获得变形较少的正弦波的差动输出。
(第二磁阻元件)
第二磁阻元件42将其感磁方向朝向绕轴方向θ(周向)。因而，通过使磁尺8的磁化图案37在轴线方向X上具有多列在绕轴方向θ上交替排列有S极和N极并沿绕轴方向θ延伸的周向磁道37b，第二磁阻元件42对磁尺8旋转时的磁场的变化进行检测。并且，第二磁阻元件42检测由多个周向磁道37b中的在轴线方向X上相邻的两个周向磁道37b的边界部分(N极与S极相邻的部分)产生的旋转磁场。并且，第二磁阻元件42利用磁阻元件的饱和灵敏度区域检测旋转磁场。即，第二磁阻元件42使电流向后述的磁阻图案流动，并且施加电阻值饱和的磁场强度，从而检测面内方向的朝向在边界部分发生变化的旋转磁场。
第二磁阻元件42包括彼此以90°的相位差检测磁尺8的旋转的A相的第二磁阻图案SIN以及B相的第二磁阻图案COS。换句话说，传感器基板40在能够以90°的相位差检测从磁尺8获得的同一波长的位置包括A相的第二磁阻图案SIN和B相的第二磁阻图案COS。
并且，A相的第二磁阻图案SIN包括以180°的相位差检测磁尺8的旋转的+a相的第二磁阻图案SIN+和-a相的第二磁阻图案SIN-。同样地，B相的第二磁阻图案COS包括以180°的相位差检测磁尺8的旋转的+b相的第二磁阻图案COS+和-b相的第二磁阻图案COS-。即，+a相的第二磁阻图案SIN+和+b相的第二磁阻图案COS+形成于传感器基板40上的能够以90°的相位差检测从磁尺8获得的同一波长的位置处。并且，-a相的第二磁阻图案SIN-和-b相的第二磁阻图案COS-形成于传感器基板40上的能够以90°的相位差检测从磁尺8获得的同一波长的位置处。
如图5(a)的下段右侧的图所示，+a相的第二磁阻图案SIN+、+b相的第二磁阻图案COS+、-a相的第二磁阻图案SIN-、-b相的第二磁阻图案COS-能够在基板表面40a上以单层形成于各第二磁阻图案SIN+、SIN-、COS+、COS-互不重叠的位置。另外，将+a相的第二磁阻图案SIN+、+b相的第二磁阻图案COS+、-a相的第二磁阻图案SIN-、-b相的第二磁阻图案COS-以单层形成于基板表面40a时的各磁阻图案的配置关系是与将+a相的第一磁阻图案SIN+、+b相的第一磁阻图案COS+、-a相的第一磁阻图案SIN-、-b相的第一磁阻图案COS-以单层形成于基板表面40a时的各磁阻图案(参照图5(a)的上段右侧的图)在面内方向上旋转90°的情况相同的配置关系。
与此相对，在本例中，将A相的第二磁阻图案SIN(SIN+、SIN-)和B相的第二磁阻图案COS(COS+、COS-)以双层重叠在传感器基板40上。
更具体地说，如图5(b)的下段中央以及下段右侧的图所示，在传感器基板40的基板表面40a上形成有-a相的第二磁阻图案SIN-，并在其上层叠有+b相的第二磁阻图案COS+。并且，在传感器基板40的基板表面40a上形成有-b相的第二磁阻图案COS-，并在其上层叠有+a相的第二磁阻图案SIN+。另外，-a相的第二磁阻图案SIN-与+b相的第二磁阻图案COS+的层叠关系也可以相反。并且，+a相的第二磁阻图案SIN+与-b相的第二磁阻图案COS-的层叠关系也可以相反。
若将构成第二磁阻元件42的A相的第二磁阻图案SIN和B相的第二磁阻图案COS层叠在传感器基板40上，则A相的第二磁阻图案SIN和B相的第二磁阻图案COS在传感器基板40上的配置自由度增加。因而，与将A相的第二磁阻图案SIN(SIN+、SIN-)和B相的第二磁阻图案COS(COS+、COS-)不层叠而形成于传感器基板40上的情况相比，能够缩小第二磁阻元件42。由此，能够使传感器基板40小型化，因此能够缩小直动旋转检测器7。
在本例中，通过将构成第二磁阻元件42的A相的第二磁阻图案SIN和B相的第二磁阻图案COS层叠在传感器基板40上，使第二磁阻元件42的与磁尺8的绕轴方向θ对应的方向上的宽度W2比第二磁阻元件42的与磁尺8的轴线方向X对应的方向上的高度H2(参照图5(b)下段)短。并且，在本例中，将第二磁阻元件42的宽度方向的中心配置在与设置于圆筒状的磁尺8的圆周面的磁化图案37的曲率的顶点相对的位置处。
在此，第二磁阻元件42检测磁场的变化的磁化图案37设置于圆筒状的磁尺8的圆周面。因而，在将传感器基板40设成与轴线L平行的姿势并使其与磁尺8的圆周面相对时，第二磁阻图案与传感器基板40之间的间隙G在绕轴方向θ(周向)上发生变化。因而，通过缩短第二磁阻元件42的与磁尺8的绕轴方向θ对应的方向上的宽度W2，能够抑制由磁尺8与传感器基板40之间的随曲率变化的间隙变动产生的磁强度部分对第二磁阻元件42的输出的影响。
另外，关于第二磁阻元件42也与第一磁阻元件41相同，设置于基板表面40a的第一层的各磁阻图案SIN-、COS-通过利用半导体工艺将强磁性体NiFe等磁性体膜层叠在基板表面40a而形成。并且，与第一层的各磁阻图案SIN-、COS-重叠的第二层的各磁阻图案COS+、SIN+通过在第一层的各磁阻图案上形成SiO2等无机绝缘层并在该无机绝缘层上层叠强磁性体NiFe等磁性体膜而形成。
并且，第二磁阻元件42包括与第一磁阻元件41相同的电路结构。第二磁阻元件42的电路结构与图6所示的结构相同，因此省略其详细的说明。
(第一磁阻元件以及第二磁阻元件)
在此，在本例中，如图5(c)所示，还将第一磁阻元件41和第二磁阻元件42层叠在传感器基板40上。即，在传感器基板40上以双层重叠有构成第一磁阻元件41的A相的第一磁阻图案SIN和B相的第一磁阻图案COS，并在其上或其下以双层重叠有构成第二磁阻元件42的A相的第二磁阻图案和B相的第二磁阻图案COS。因而，在本例中，能够减小第一磁阻元件41以及第二磁阻元件42在传感器基板40上的形成面积。由此，能够缩小传感器基板40，因此能够缩小直动旋转检测器7。
并且，在层叠时，使第一磁阻元件41和第二磁阻元件42各自的宽度方向(与磁尺8的绕轴方向θ对应的方向)的中心一致。由此，被层叠的第一磁阻元件41以及第二磁阻元件42的与磁尺8的绕轴方向θ对应的方向上的宽度W比第一磁阻元件41的与磁尺8的轴线方向X对应的方向上的高度H短。而且，将层叠的第一磁阻元件41以及第二磁阻元件42的宽度方向的中心配置在与设置于圆筒状的磁尺8的圆周面的磁化图案37的曲率的顶点相对的位置处。因而，能够抑制由磁尺8与传感器基板40之间的随曲率变化的间隙变动产生的磁强度部分对第一磁阻元件41和第二磁阻元件42各自的输出的影响。
(作用效果)
根据本例的直动旋转检测器7，能够使用磁尺8检测直动位置和转动位置。由此，无需在轴线方向X上排列线性标尺和旋转标尺。并且，能够将第一磁阻元件41和第二磁阻元件与设置于一个磁尺8的磁化图案37相对地配置，因此能够将第一磁阻元件41和第二磁阻元件42配置在轴线方向X上的相同的位置处。由此，能够抑制直动旋转检测器7在轴线方向X上大型化。
并且，在本例中，由于将构成第一磁阻元件41的A相的第一磁阻图案SIN和B相的第一磁阻图案COS层叠在传感器基板40上，因此A相的第一磁阻图案SIN和B相的第一磁阻图案COS在传感器基板40上的配置自由度增加。同样地，由于将构成第二磁阻元件42的A相的第二磁阻图案SIN和B相的第二磁阻图案COS层叠在传感器基板40上，因此A相的第二磁阻图案SIN和B相的第二磁阻图案COS在传感器基板40上的配置自由度增加。而且，在本例中，将第一磁阻元件41和第二磁阻元件42层叠在传感器基板40上。因而，与将各磁阻元件41、42中的A相的磁阻图案SIN(SIN+、SIN-)和B相的磁阻图案COS(COS+、COS-)不层叠而形成于传感器基板40上的情况或将第一磁阻元件41和第二磁阻元件42不层叠而形成于传感器基板40上的情况相比，能够缩小磁传感器9。
而且，在本例中，通过将构成第一磁阻元件41的A相的第一磁阻图案SIN和B相的第一磁阻图案COS层叠在传感器基板40上，使第一磁阻元件41的与磁尺8的绕轴方向θ对应的方向上的宽度W1比第一磁阻元件41的与磁尺8的轴线方向X对应的方向上的高度H1短。而且，将第一磁阻元件41的宽度方向的中心配置在与设置于圆筒状的磁尺8的圆周面的磁化图案37的曲率的顶点相对的位置处。并且，通过将构成第二磁阻元件42的A相的第二磁阻图案SIN和B相的第二磁阻图案COS层叠在传感器基板40上，使第二磁阻元件42的与磁尺8的绕轴方向θ对应的方向上的宽度W2比第二磁阻元件42的与磁尺8的轴线方向X对应的方向上的高度H2短。而且，将第二磁阻元件42的宽度方向的中心配置在与设置于圆筒状的磁尺8的圆周面的磁化图案37的曲率的顶点相对的位置处。因而，能够抑制由磁尺8与传感器基板40之间的随曲率变化的间隙变动产生的磁强度部分对第一磁阻元件41和第二磁阻元件42各自的输出的影响。
在此，只要抑制由磁尺8与传感器基板40之间的随曲率变化的间隙变动产生的磁强度部分的影响，则提高分别从第一磁阻元件41和第二磁阻元件42输出的模拟信号的质量。即，作为模拟信号，能够获得接近理想正弦波的输出。并且，关于第一磁阻元件41和第二磁阻元件42，只要分别减小与磁尺8的绕轴方向θ对应的方向上的宽度W1、W2，则能够使磁尺8细径化(小径化)。由此，能够使直动旋转检测器7小型化。
(变形例)
另外，也可以在传感器基板40上层叠第一磁阻元件41的+a相的第一磁阻图案SIN+、-a相的第一磁阻图案SIN-、+b相的第一磁阻图案COS+以及-b相的第一磁阻图案COS-和第二磁阻元件42的+a相的第二磁阻图案SIN+、-a相的第二磁阻图案SIN-、+b相的第二磁阻图案COS+以及-b相的第二磁阻图案COS-。
图7是将构成第一磁阻元件41的各磁阻图案SIN+、SIN-、COS+、COS-和构成第二磁阻元件42的各磁阻图案SIN+、SIN-、COS+、COS-被层叠起来的情况下的磁传感器9的说明图。图7(a)是从轴线方向X观察时的磁尺8与第一磁阻元件41、第二磁阻元件42以及传感器基板40之间的位置关系的说明图，图7(b)是第一磁阻元件41以及第二磁阻元件42在基板表面40a上的配置的说明图，图7(c)是示意地表示第一磁阻元件41以及第二磁阻元件42的沿图7(b)的Z-Z线的截面的说明图。
如图7所示，只要将构成第一磁阻元件41的各磁阻图案SIN+、SIN-、COS+、COS-和构成第二磁阻元件42的各磁阻图案SIN+、SIN-、COS+、COS-全部层叠，则能够更加减小第一磁阻元件41以及第二磁阻元件42在传感器基板40上的形成面积，因此能够缩小直动旋转检测器7。并且，这样一来，能够在与磁尺8的绕轴方向θ对应的方向上减小第一磁阻元件41以及第二磁阻元件42的宽度，因此能够抑制由磁尺8与传感器基板40之间的间隙G产生的磁强度部分对第一磁阻元件41的输出以及第二磁阻元件42的输出的影响。另外，层叠磁阻图案的顺序能够任意设定。
(其他实施方式)
也可以将第一磁阻元件41和第二磁阻元件42形成于不同的传感器基板上。图8是磁传感器9包括两个传感器基板的变形例的直动旋转检测器7。在该情况下，能够将包括第一磁阻元件41的第一传感器基板51和包括第二磁阻元件42的第二传感器基板52配置在轴线方向X上的相同的位置处，并使第一磁阻元件41和第二磁阻元件42从与轴线L垂直的方向与磁尺8(磁化图案37)相对。在该情况下，也能够在各传感器基板51、52上层叠构成各磁阻元件41、42的磁阻图案SIN+、SIN-、COS+、COS-而较小地形成各磁阻元件41、42，从而使第一传感器基板51以及第二传感器基板52小型化。
在此，在上述的例中，磁传感器9包括磁阻元件(第一磁阻元件41和第二磁阻元件42)，但是还能够代替磁阻元件而使用霍尔元件。
并且，直动旋转检测器7能够装设于具有与直动旋转驱动装置1不同的驱动机构的直动旋转驱动装置。例如，能够装设于以下结构的旋转直动驱动装置：包括使输出轴直动的线性马达部、驱动旋转轴而使其旋转的旋转马达部、连接输出轴与旋转轴的连接部以及将旋转马达支承为沿直动方向自由移动的旋转马达用滑架，通过旋转马达的驱动而使输出轴旋转，并且使旋转马达追随输出轴通过线性马达部的驱动而进行直动从而移动。
并且，作为旋转马达部，也可以采用将永久磁铁固定在输出轴2的外周面并与定子侧的线圈相对配置的结构。在该情况下，随着输出轴2向轴线方向X的移动，固定于输出轴2的外周面的永久磁铁也向轴线方向X移动。
符号说明
7···直动旋转检测器
8···磁尺
37···磁化图案
40、51、52···传感器基板
41···第一磁阻元件(第一磁检测元件)
42···第二磁阻元件(磁检测元件)
SIN+、SIN-、COS+、COS-···磁阻图案
L···轴线

Claims (13)

1.一种直动旋转检测器，其特征在于，具有：
圆筒状的磁尺，其在轴线方向上直动，并且绕轴线旋转；
直动位置检测用的第一磁检测元件；以及
旋转位置检测用的第二磁检测元件，
所述磁尺在绕所述轴线的周面具有格子状的磁化图案，所述磁化图案在所述轴线方向上交替排列有S极和N极，并且绕所述轴线交替磁化出了S极和N极，
所述第一磁检测元件以及所述第二磁检测元件与所述磁化图案相对地配置。
2.根据权利要求1所述的直动旋转检测器，其特征在于，
所述直动旋转检测器具有传感器基板，所述传感器基板具备所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件。
3.根据权利要求2所述的直动旋转检测器，其特征在于，
所述第一磁检测元件是磁阻元件，具备彼此以90°的相位差检测所述磁尺的直动的A相的第一磁阻图案以及B相的第一磁阻图案，
所述第二磁检测元件是磁阻元件，具备彼此以90°的相位差检测所述磁尺的旋转的A相的第二磁阻图案以及B相的第二磁阻图案，
所述A相的第一磁阻图案和所述B相的第一磁阻图案层叠在所述传感器基板上，
所述A相的第二磁阻图案和所述B相的第二磁阻图案层叠在所述传感器基板上。
4.根据权利要求3所述的直动旋转检测器，其特征在于，
所述A相的第一磁阻图案、所述B相的第一磁阻图案、所述A相的第二磁阻图案以及所述B相的第二磁阻图案层叠在所述传感器基板上。
5.根据权利要求3或4所述的直动旋转检测器，其特征在于，
所述第一磁检测元件在所述传感器基板上的与所述磁尺的绕轴方向对应的方向上的宽度比在所述传感器基板上的与所述磁尺的轴线方向对应的方向上的高度短，
所述第二磁检测元件在所述传感器基板上的与所述磁尺的绕轴方向对应的方向上的宽度比在所述传感器基板上的与所述磁尺的轴线方向对应的方向上的高度短。
6.根据权利要求5所述的直动旋转检测器，其特征在于，
所述传感器基板上的所述第一磁检测元件的宽度方向的中心以及所述第二磁检测元件的宽度方向的中心与所述磁尺的曲率的顶点相对。
7.根据权利要求4所述的直动旋转检测器，其特征在于，
所述A相的第一磁阻图案具备以180°的相位差检测所述磁尺的直动的+a相的第一磁阻图案和-a相的第一磁阻图案，
所述B相的第一磁阻图案具备以180°的相位差检测所述磁尺的直动的+b相的第一磁阻图案和-b相的第一磁阻图案，
所述A相的第二磁阻图案具备以180°的相位差检测所述磁尺的直动的+a相的第二磁阻图案和-a相的第二磁阻图案，
所述B相的第二磁阻图案具备以180°的相位差检测所述磁尺的直动的+b相的第二磁阻图案和-b相的第二磁阻图案，
所述+a相的第一磁阻图案、-a相的第一磁阻图案、+b相的第一磁阻图案、所述+b相的第一磁阻图案、所述+a相的第二磁阻图案、-a相的第二磁阻图案、+b相的第二磁阻图案以及所述+b相的第二磁阻图案被层叠起来。
8.根据权利要求1所述的直动旋转检测器，其特征在于，
所述直动旋转检测器具有第一传感器基板，该第一传感器基板具备所述第一磁检测元件，
所述第一磁检测元件是磁阻元件，包括彼此以90°的相位差检测所述磁尺的直动的A相的第一磁阻图案以及B相的第一磁阻图案，
所述A相的第一磁阻图案和所述B相的第一磁阻图案层叠在所述第一传感器基板上。
9.根据权利要求8所述的直动旋转检测器，其特征在于，
所述第一磁检测元件在所述第一传感器基板上的与所述磁尺的绕轴方向对应的方向上的宽度比在所述第一传感器基板上的与所述磁尺的轴线方向对应的方向上的高度短。
10.根据权利要求9所述的直动旋转检测器，其特征在于，
所述第一传感器基板上的所述第一磁检测元件的宽度方向的中心与所述磁尺的曲率的顶点相对。
11.根据权利要求8至10中任意一项所述的直动旋转检测器，其特征在于，
所述直动旋转检测器具有第二传感器基板，该第二传感器基板具备所述第二磁检测元件，
所述第二磁检测元件是磁阻元件，具备彼此以90°的相位差检测所述磁尺的旋转的A相的第二磁阻图案以及B相的第二磁阻图案，
所述A相的第二磁阻图案和所述B相的第二磁阻图案层叠在所述第二传感器基板上。
12.根据权利要求11所述的直动旋转检测器，其特征在于，
所述第二磁检测元件在所述第二传感器基板上的与所述磁尺的绕轴方向对应的方向上的宽度比在所述第二传感器基板上的与所述磁尺的轴线方向对应的方向上的高度短。
13.根据权利要求12所述的直动旋转检测器，其特征在于，
所述第二传感器基板上的所述第二磁检测元件的宽度方向的中心与所述磁尺的曲率的顶点相对。
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