JP2003004483A - 回転位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出精度を上げ、寿命を伸ばすことのできる
回転位置検出装置を得ること。 【解決手段】 ハウジング６Ａの内面側に対して、付勢
ばね３を固定部３ｄを介して固定する。付勢ばね３に
は、固定部と直交方向の両側に傾斜部３ｃを介して梁部
３ｂを対称的に延設し、この梁部３ｂの先端にセンサ固
定部３ａを形成する。このセンサ固定部３ａにＭＲセン
サ２を固定し、ディスク４に貼り付けた磁気フィルム１
に接触させる。付勢ばね３は、各傾斜部３ｃがねじれる
ことによって、センサ固定部３ａとともにＭＲセンサ２
を傾斜させて、磁気フィルム１の振れに追従させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転体の回転角度
を検出する回転位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転体の回転位置や回転速度を検出する
方法は、光学式と磁気式の二つの検出方法に大別され
る。このうち、前者の光学式検出方法は、回転体に微細
なピッチのスリットなどの光学パターンを形成し、この
パターンを反射光、または透過光を光検出手段で検出す
る方法である。一方後者の磁気式検出方法は、回転体に
設けた磁気パターンを磁気センサで検出する方法であ
る。

【０００３】例えば、ホール素子は、ＤＣモータの回転
位置の検出に採用されており、非接触での検出であるた
め、回転体との摺動による劣化のおそれがない。一方、
磁気抵抗効果を利用したＭＲセンサは、０．１ｍｍピッ
チ程度の微細な読み取りが可能であり、ＶＴＲのキャプ
スタンモータの回転検出などに広く採用されているが、
ピッチが微細になるほど、センサと磁気パターン間のギ
ャップを狭く且つ、正確に形成する必要があり、磁気パ
ターンを着磁するスケールの振れ精度やセンサのギャッ
プの調整精度を上げる必要がある。このため、回転装置
に所定の精度を望めない場合や調整が不可能な場合に
は、センサに必要なギャップと等しい厚さの保護膜を形
成し、この保護膜にＭＲセンサを接触摺動させる方法が
採用される。

【０００４】図３は、ＭＲセンサを接触式として構成し
た従来の回転位置検出装置を示す。図３において、回転
体１４の外周面に塗布した磁性体膜１１に磁気パターン
が着磁してあり、磁気スケールを構成する。回転体１４
の片側の固定部材１６に基端を固定した付勢ばね１３の
先端にＭＲセンサ２が固定され、磁性体膜１１上の表面
に所定の圧力で押圧されている。ＭＲセンサ２には、磁
性体膜１１との接触部に対して、磁気検出に必要なギャ
ップと等しい厚さの保護膜が形成されており、ＭＲセン
サ２は、保護膜を介して回転体１４の磁性体膜の着磁パ
ターンを検出する。

【０００５】ＭＲセンサ２が磁気スケールと摺動するこ
とによって、付勢ばね２３には周方向の曲げモーメント
が働く。したがって、この付勢ばね２３がこの周方向の
曲げモーメントで変形すると、ＭＲセンサ２の検出位置
が変動して正確な位置検出が不可能となるため、付勢ば
ね２３は、中央部の断面へ略凸字形の梁を形成してい
て、磁気スケールの径方向には柔軟で、周方向には剛性
を高くすることによって、精度の低下を防いでいる。

【０００６】このように、回転体の振れ精度が期待でき
ない場合や、組み立て時のギャップ調整が困難である場
合には、付勢ばね２３によって保護膜を介して押圧する
ことにより、ギャップの変動による検出上の問題を解消
している。

【０００７】磁気スケールの着磁は、回転装置に組み込
んだ後に行う場合と、あらかじめ、別の着磁機によって
磁気パターンを形成した後回転装置に組み込む場合の二
通りの方法がある。このうち、前者の場合は、回転装置
に別途着磁工程用の回転角度検出装置を取り付けてマス
ターとし、これに同期して磁気パターンを着磁する方法
が採られるが、煩雑であることから、通常は後者が採用
される場合が多い。

【０００８】この場合には、着磁器の回転軸と、回転装
置の回転軸の精度が一致することはまれで、嵌合部のが
たなどによって偏心や振れが生じる。万一、偏心した場
合には、回転中心と着磁パターンの中心とのずれから着
磁パターンの回転半径が変動し、外周面でＭＲセンサが
検出する着磁パターンが実際の回転角と対応しなくな
る。これに対して、特開平７−１４０８４４号公報で
は、回転中心を挟んで対向する２箇所にセンサを配置
し、二つのセンサの信号を演算処理して、磁気スケール
の取り付け誤差成分を除去する方法が開示されている。

【０００９】図４は、回転中心を挟んで対向する２箇所
に磁気センサを配置した一例を示す図である。図４にお
いて、回転体２４の外周側の上面に磁性体膜２１が環状
に塗布されており、この磁性体膜２１の左右に付勢ばね
２３が対称的に配置され、各付勢ばね２３の先端の下面
にＭＲセンサ２が固定され、各付勢ばね２３の基端は、
それぞれ固定部材１６の上面に小ねじ７で固定されてい
る。

【００１０】このように構成された回転位置検出装置に
おいても、磁気スケールの偏心による誤差を信号の演算
で取り除くことができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の回転位置検出装置においては、以下に述べるよ
うな問題があった。すなわち、複数の磁気センサを用い
る場合には、すべてのセンサに等しい押圧力を与えるよ
うに付勢ばねを設定する必要がある。ところが、それぞ
れの付勢ばねが磁気スケールの振れに応じて変位し、押
圧力が変動し、押圧力の最大値を発生する機会がセンサ
の数だけ増えるため、磁気スケールとセンサの保護膜の
摺動による摩耗は、センサの数に応じて促進され、検出
装置の寿命が短縮する。

【００１２】そこで、本発明の目的は、検出精度を上
げ、寿命を伸ばすことのできる回転位置検出装置を得る
ことである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するためになされたもので、本発明の回転位置検
出装置の第１の手段は、回転体の平面に磁気パターンを
形成してなる磁気スケールに、複数の磁気検出素子を押
圧して磁気パターンを検出し、回転体の回転角度を検出
する回転位置検出装置において、磁気検出部を磁気スケ
ールと略平行な同一面上に配置し、且つ、磁気スケール
に加圧接触させる加圧手段を備え、この加圧手段は磁気
スケールの平面に対して一体的に傾斜可能に支持されて
いることを特徴とする。

【００１４】本発明の回転位置検出装置の第２の手段
は、第１の手段において、加圧手段は磁気検出素子を両
端に固定した梁状の加圧手段であって、磁気検出素子を
含み前記平面に鉛直な面内において加圧手段が傾斜可能
とする変形部を介して加圧手段の中央付近を支持してい
ることを特徴とする。

【００１５】本発明の回転位置検出装置の第３の手段
は、第２の手段において、支持手段は加圧手段と一体に
構成された弾性ヒンジであることを特徴とする。

【００１６】本発明の回転位置検出装置の第４の手段
は、第１の手段において、磁気検出素子を先端に固定し
た梁を放射状に配置し、中央に支持部を持つ加圧手段で
あって、該支持部は、磁気スケールの平面と平行な平面
内の直交する二つの回転軸に対応した変形部を介して該
加圧手段の中央付近を支持していることを特徴とする。

【００１７】本発明の回転位置検出装置の第５の手段
は、第４の手段において、変形部は加圧手段と一体に構
成された弾性ヒンジであることを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は、本
発明の回転位置検出装置の第１の実施の形態を示す平面
図および断面図である。図１において、円板状のディス
ク４の表面に磁気フィルム１が貼り付けられて磁気スケ
ールを構成している。この磁気スケールは、あらかじ
め、図示しない着磁装置によって、磁気フィルム１の外
周表面に交互に磁極が反転した磁気パターンが所望のピ
ッチで形成してある。なお、磁気フィルム１は、他の手
段、たとえば、射出成型や塗布による方法もある。磁気
パターンを形成した磁気スケールの中心に回転装置（図
示せず）の回転軸５が圧入などによる固定手段で取り付
けてある。

【００１９】一方、ＭＲセンサ２は、付勢手段となる３
の両端のセンサ固定部３ａに対して、磁気スケールに対
向するように取り付けられ、一対の梁部３ｂは、傾斜部
３ｃと固定部３ｄを対して固定部材であるハウジング６
の内面側にねじ止めされている。付勢ばね３によってＭ
Ｒセンサ２は磁気フィルム１に押圧され、回転軸５を挟
んで対向する２箇所で磁気スケールの磁気パターンを検
出する。この検出された信号は、磁気センサに接続され
た配線（図示せず）を介して演算装置へ伝送され、磁気
スケールの偏心による誤差成分が取り除かれて電動機な
どで駆動される回転装置の位置や速度などの制御に用い
られる。

【００２０】ＭＲセンサ２を固定するセンサ固定部３ａ
は、ＭＲセンサ２が磁気フィルム１に押圧されたときに
この磁気フィルム１と平行になるように、梁部３ｂとの
間に図１（ｂ）に示す曲げ加工が施されている。梁部３
ｂは、磁気フィルムへの押圧による変位によって軸中心
付近を中心として弾性変形することによって、磁気フィ
ルムへの押圧力を発生する。各傾斜部３ｃは、幅がくび
れた弾性ヒンジになっており、センサ固定部３ａと梁部
３ｂが一対の傾斜部３ｃを結ぶ線を軸として柔軟に傾斜
することが可能となっている。

【００２１】磁気フィルム１の面の振れは、回転軸５の
振れ精度及びディスク４の嵌合穴の精度や磁気フィルム
の面精度等に左右される。磁気フィルム１の軸方向の変
位は、二つのＭＲセンサを含む鉛直面内において磁気フ
ィルム１と回転軸の交点を中心とした回転運動として捉
えることができる。

【００２２】付勢ばね３は、各傾斜部３ｃのねじれによ
ってセンサ固定部３ａとともに各ＭＲセンサ２を一体的
に傾斜させることにより、磁気フィルム１の振れに追従
させることができる。したがって、傾斜部３ｃのねじり
剛性を充分に小さくすることによって、磁気フィルム１
の振れに対するＭＲセンサ２の位置の変動を傾斜部３ｃ
で吸収し、梁部３ｂによる押圧力の変化を防ぐことがで
きる。そこで、付勢ばね３の押圧力を決定する梁部３ｂ
は、磁気フィルム１への最低限の押圧力を発生するよう
に剛性を設定する。

【００２３】従来の回転位置検出装置では、回転軸方向
の振れが押圧力を増大させる要因となっていたが、本発
明では、上述した構成とすることによって、ＭＲセンサ
の押圧力の変化を防いで磁気スケールへの安定した接触
が可能となるため、磁気スケールおよびＭＲセンサ２の
摺動による摩耗を最小限に抑え、検出器の長寿命化を図
ることが可能となる。

【００２４】（第２の実施の形態）図２は、本発明の回
転検出装置の第２の実施の形態を示す平面図および断面
図である。図２において、磁気フィルム１１およびディ
スク１４で構成される磁気スケールは、第１の実施の形
態と同様に着磁され、回転装置の回転軸５に取り付けて
ある。本実施の形態は、３個のＭＲセンサを１２０゜ピ
ッチで放射状に配置したものである。３箇所で検出を行
うことによって、磁気パターンの偏心の誤差が除去され
るだけでなく、磁気パターンに含まれる着磁ピッチの誤
差や、磁気フィルムの熱変形や経時的変形による誤差を
平均化して、より高精度の回転角度位置を演算すること
が可能となる。

【００２５】付勢ばね３は、放射状に１２０゜ピッチで
延出した梁部１３ｂの先端にセンサ固定部１３ａを備
え、この各センサ固定部１３ａに磁気センサ２を接着な
どで固定している。センサ固定部１３ａは、梁部１３ｂ
及び傾斜部１３ｃを介して固定部１３ｄにより、固定部
材であるハウジング６Ｂにねじ止めされている。梁部１
３ｂは、磁気スケールに押圧したときに、センサ固定部
１３ａとＭＲセンサ２が磁気フィルム１と平行となるよ
うに曲げ加工を施してある。ばね３によってＭＲセンサ
２は磁気フィルム１に押圧され、梁部１３ｂの曲げ変形
によって所定の押圧力を発生する。回転軸５を中心に配
置された３箇所のＭＲセンサ２によって、磁気スケール
の磁気パターンを検出する。

【００２６】大小の弧状の一対の溝によって形成された
狭幅の傾斜部１３ｃは、図２において紙面縦方向と横方
向の２軸のねじり弾性ヒンジを構成し、それぞれ独立し
て作用するように中間の環状の接続部１３ｅで分離して
ある。ヒンジ部がねじり変形可能なように、ハウジング
６Ｂの中心部をバーリング加工で突出させて、固定部１
３ｄをねじ止めしてある。傾斜部１３ｃによって、三本
の梁部１３ｂとＭＲセンサ２は一体的に傾斜可能であ
り、且つ、回転軸５を中心とするねじり変形の剛性は高
くなっている。三個以上のＭＲセンサを配置する場合
は、その各ＭＲセンサを含む平面が磁気フィルム１の表
面に倣って追従することが必要であるため、磁気スケー
ルの回転平面に平行な面内の２軸の傾斜を許容する構成
となっている。

【００２７】付勢ばね３は、傾斜部１３ｃのねじれによ
って各ＭＲセンサ２を一体的に傾斜させることにより、
磁気フィルム１の面の振れに追従させることができるか
ら、傾斜部３ｃのねじり剛性を充分に低くすることによ
って、磁気フィルム１の振れに対するＭＲセンサ２の位
置の変動を傾斜部１３ｃで吸収し、梁部１３ｂによって
発生する押圧力の変化を防いでいる。そこで、付勢ばね
１３の押圧力を決定する梁部１３ｂは、磁気フィルム１
への最低限の押圧力を発生するように剛性と撓みを設定
し、振れに対しては傾斜部１３ｃのねじり剛性を小さく
設定すればよい。

【００２８】このように構成された回転検出装置におい
ては、３個以上の複数のＭＲセンサを使用して回転位置
を検出する場合でも、ＭＲセンサの押圧力の変化を防
ぎ、磁気スケールへの安定した接触が可能となるため、
磁気スケールおよびＭＲセンサの摺動に伴う摩耗を最低
限に抑えることができるのみならず更に高精度の回転位
置検出装置を得ることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１に係る
発明によれば、複数の磁気検出部を磁気スケールの平面
に対して一体的に傾斜可能としたことにより、磁気検出
部と磁気スケールとの押圧力の変動を低減し、押圧力を
低く抑えたので、磁気検出部と磁気スケールとの摺動に
よる摩耗を低減し、長期に亘って信頼性の高い回転位置
検出手段を構成できる。

【００３０】請求項２に係る発明によれば、２個の磁気
検出素子を一体的に傾斜可能な梁によって配置したこと
により、安価に構成でき、磁気検出部と磁気スケールと
の摺動による摩耗を低減し、長期にわたって信頼性の高
い、磁気スケールの偏心誤差を除去可能な回転位置検出
手段を構成できる。

【００３１】請求項３および請求項５に係る発明によれ
ば、支持手段を加圧手段と一体に構成した弾性ヒンジと
したことで、安価で高精度なセンサの位置決めが可能と
なる。

【００３２】請求項４に係る発明によれば、複数の磁気
検出部を一体的に傾斜可能な放射状の梁によって配置し
たことにより、安価に構成でき、磁気検出部と磁気スケ
ールとの摺動による摩耗を低減し、長期にわたって信頼
性の高い、磁気パターンの誤差を平均化可能な回転位置
検出手段を構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転位置検出装置の第１の実施形態を
示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面
図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。

【図２】本発明の回転位置検出装置の第２の実施形態を
示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面
図。

【図３】従来の回転位置検出装置を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−
Ｄ断面図。

【図４】図３と異なる従来の回転位置検出装置を示す図
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図。

【符号の説明】

１ 磁気フィルム ２ ＭＲセンサ ３，１３ 付勢手段としての付勢ばね ３ａ，１３ａ センサ固定部 ３ｂ，１３ｂ 梁部 ３ｃ，１３ｃ 傾斜部 ３ｄ，１３ｄ 固定部 ４ ディスク ５ 回転軸 ６Ａ，６Ｂ ハウジング

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体の平面に磁気パターンを形成して
   なる磁気スケールに、複数の磁気検出素子を押圧して前
   記磁気パターンを検出し前記回転体の回転角度を検出す
   る回転位置検出装置において、前記磁気検出部を前記磁
   気スケールと略平行な同一面上に配置し且つ前記磁気ス
   ケールに加圧接触させる加圧手段を備え、この加圧手段
   は前記磁気スケールの前記平面に対して一体的に傾斜可
   能に支持されていることを特徴とする回転位置検出装
   置。
2. 【請求項２】 前記加圧手段は、磁気検出素子を両端に
   固定した梁状の加圧手段であって、前記磁気検出素子を
   含み前記平面に鉛直な面内において前記加圧手段が傾斜
   可能とする変形部を介して該加圧手段の中央付近を支持
   していることを特徴とする請求項１に記載の回転位置検
   出装置。
3. 【請求項３】 前記支持手段は、前記加圧手段と一体に
   構成された弾性ヒンジであることを特徴とする請求項２
   に記載の回転位置検出装置。
4. 【請求項４】 磁気検出素子を先端に固定した梁を放射
   状に配置し、中央に支持部を持つ加圧手段であって、該
   支持部は、前記磁気スケールの前記平面と平行な平面内
   の直交する二つの回転軸に対応した変形部を介して該加
   圧手段の中央付近を支持していることを特徴とする請求
   項１に記載の回転位置検出装置。
5. 【請求項５】 前記変形部は、前記加圧手段と一体に構
   成された弾性ヒンジであることを特徴とする請求項４に
   記載の位置検出装置。