JP2005024282A

JP2005024282A - 磁気式エンコーダ

Info

Publication number: JP2005024282A
Application number: JP2003187051A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Goto; 雅彦後藤
Original assignee: Nikon Corp; Sendai Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp; Sendai Nikon Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】コスト上昇が抑えられ、バイアス磁石の貼り付けが容易で、かつ、貼り付け位置精度の高い磁気式エンコーダの提供。
【解決手段】磁気抵抗素子３ａ，３ｂが固設されたプリント配線基板１は、回転軸６を有する磁気符号板５に近接して配設される。磁気抵抗素子３ａ，３ｂの周囲には電子部品４ａ〜４ｈが実装されており、電子部品４ａ〜４ｄで囲まれた領域Ａにバイアス磁石２ａを、電子部品４ｅ〜４ｈで囲まれた領域にバイアス磁石２ｂをそれぞれ載置するようにして接着する。このとき、バイアス磁石２ａ，２ｂは電子部品４ａ〜４ｈによって所定位置に位置決めされる。そのため、従来のように専用工具等を使用しなくても、バイアス磁石２ａ，２ｂを容易に精度良くプリント配線基板１上に貼り付けることができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気式のエンコーダでは、磁気符号板を測定対象と連動して回転させ、磁気符号板により形成される磁場を磁気抵抗素子で検出して、測定対象の回転量を検出するようにしている（例えば、特許文献１参照）。磁気抵抗素子は磁気符号板に対向するように配設されたプリント配線基板に実装され、磁気抵抗素子上にはバイアス磁石が接着剤などにより貼り付けられている。
【０００３】
従来、このバイアス磁石の貼付は、次のような方法で行われている。一つには、予めプリント配線基板上にバイアス磁石の貼付位置をシルク印刷しておき、印刷された貼付位置を目安にして貼り付けを行う。他の方法としては、バイアス磁石貼付用の専用工具を製作し、専用工具を用いてバイアス磁石をプリント配線基板上に貼り付ける。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０９−２４３４００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した第１の方法では、印刷された貼付位置はバイアス磁石を貼り付ける際の目標にはなるが、最終的には作業者がバイアス磁石を基板上に載置する際の精度に左右されてしまう。そのため、貼り付け後の確認作業が必要であった。また、専用工具を用いる場合には位置決め精度は向上するが、専用工具の製造コストが問題となる。
【０００６】
本発明は、コスト上昇が抑えられ、バイアス磁石の貼り付けが容易で、かつ、貼り付け位置精度の高い磁気式エンコーダを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁気符号板が固設された回転軸と、磁気符号板に近接して配設されたプリント配線基板に固設され、磁気符号板の磁場を検出する磁気抵抗素子と、磁気抵抗素子にバイアス磁場を印加するバイアス磁石と、プリント配線基板に実装され、磁気抵抗素子の信号処理を行う電子回路とを備え、プリント配線基板上において、バイアス磁石の側面周囲の全てまたは一部を囲むように電子回路を構成する電子部品の少なくとも一部を配設することによりバイアス磁石設置目標領域を形成し、そのバイアス磁石設置目標領域にバイアス磁石を位置決めすることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による磁気式エンコーダの一実施の形態を示す平面図である。プリント配線基板１上には２つの磁気抵抗素子３ａ，３ｂが設けられており、プリント配線基板１の下方には破線で示すように円板状の磁気符号板５が近接して配設されている。プリント配線基板１上には磁気抵抗素子３ａ，３ｂから出力された信号を処理する信号処理回路などの電子回路（不図示）が搭載されている。図示した電子部品４ａ〜４ｈは電子回路の一部を構成する電子部品であり、チップ抵抗やチップコンデンサ等である。
【０００９】
図２は、図１のプリント配線基板１の一部と磁気符号板５を示す斜視図であり、プリント配線基板１は破断面で示した。磁気符号板５はプリント配線基板１の下面との間に隙間ｇをあけて配設されており、磁気符号板５の下面側には回転軸６が設けられている。回転軸６は不図示の軸受により回転自在に支承されている。回転軸６には、回転数や回転角度を検出すべき測定対象がカップリング等により接続される。
【００１０】
各磁気抵抗素子３ａ，３ｂの上には、直方体形状のバイアス磁石２ａ，２ｂが接着剤７（図２参照）によってそれぞれ接着されている。プリント配線基板１上の電子部品４ａ〜４ｄは磁気抵抗素子３ａの周囲に実装されており、電子部品４ａと電子部品４ｂはＬ字形状に並べて配設されている。同様に、電子部品４ｃおよび電子部品４ｄもＬ字形状に並べて配設されている。
【００１１】
これらのＬ字形状に配設された２組の電子部品４ａ〜４ｄは、プリント配線基板１上におけるバイアス磁石２ａの接着位置を規定している。すなわち、Ｌ字形状に並んだ電子部品４ａ，４ｂの内側の側面Ｓ１，Ｓ２は、バイアス磁石２ａが配設される矩形領域Ａの隣接する２辺にほぼ沿うように配設され、Ｌ字形状に並んだ電子部品４ｃ、４ｄの内側の側面は、矩形領域Ａの他の２辺にほぼ沿うように配設される。
【００１２】
磁気抵抗素子３ｂの周囲に実装されている電子部品４ｅ〜４ｈの並び方も上述した電子部品４ａ〜４ｄと全く同様であり、これらはプリント配線基板１上におけるバイアス磁石２ｂの接着位置を規定している。なお、プリント配線基板１上には電子部品４ａ〜４ｈだけでなく種々の電子部品が実装されているが、本実施の形態ではそれらの図示を省略している。
【００１３】
実装手順を説明すると、まず、プリント配線基板１上に電子部品４ａ〜４ｈを含む各種電子部品を実装し、電子部品４ａ〜４ｄで囲まれた領域の所定位置に磁気抵抗素子３ａを、電子部品４ｅ〜４ｈで囲まれた領域の所定位置に磁気抵抗素子３ｂをそれぞれ実装する。その後、電子部品４ａ〜４ｄで囲まれた領域にバイアス磁石２ａを矢印Ｅで示すように挿入して接着する。バイアス磁石２ｂについても同様である。
【００１４】
このように、バイアス磁石２ａ，２ｂを接着すべき領域（バイアス磁石設置目標領域）Ａの周囲の一部または全てを囲むように、電子部品４ａ〜４ｈをプリント配線基板１上に予め実装しておくことにより、電子部品４ａ〜４ｈをバイアス磁石２ａ，２ｂの位置決め部材として機能させることができる。その結果、専用工具等を用いなくても、バイアス電磁石２ａ，２ｂを所定位置に精度良く配設することができる。上述した例では、４つの電子部品４ａ〜４ｄにより、矩形状バイアス磁石２ａの４つの側面の位置を規定するようにしている。
【００１５】
図３は磁気符号板５の平面図である。磁気符号板５はリング状の磁石５１，５２を備えており、磁石５１の領域５１ａおよび磁石５２の５２ａはそれぞれＮ極に着磁され、磁石５１の領域５１ｂおよび磁石５２の領域５２ｂはそれぞれＳ極に着磁されている。このような磁極構造の磁気符号板５に対して、磁気抵抗素子３ａ，３ｂおよびバイアス磁石２ａ，２ｂは破線で示すように配設されている。
【００１６】
図４は磁気抵抗素子３ａを詳細に示す平面図である。磁気抵抗素子３ａは、ガラスやシリコンウェハ等の基板３１上にＮｉ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｆｅ等の強磁性合金薄膜のジグザグパターン３２，３３を形成したものである。これらの強磁性合金は、磁化したときの磁化方向と電流方向の成す角度に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果を有している。一般的には、磁化方向と電流方向とが平行となったときに抵抗値が最大となり、磁化方向と電流方向とが直交したときに最小となる。
【００１７】
ジグザグパターン３２，３３は直列に接続されており、端子ａと端子ｂとの間に電源電圧Ｖｃｃが印加され、ｂｃ間の電圧Ｖ０を出力電圧として利用する。このようなジグザグパターン３２，３３に対して、バイアス磁石２ａはジグザグパターン３３の配列方向（図示上下方向）に対して４５度だけ傾けて配置される。バイアス磁石２ａは、その中央線Ｃの右斜め上側の領域２１がＮ極に着磁され、中央線Ｃの左斜め下側の領域２２がＳ極に着磁されている。
【００１８】
すなわち、バイアス磁石２ａによる磁気抵抗素子３ａの磁化方向は４５度傾いており、バイアス磁石２ａの磁場だけが磁気抵抗素子３ａに作用している場合には出力電圧Ｖ０はＶｃｃ／２になる。一方、バイアス磁石２ｂの場合には、バイアス磁石２ａとは逆に磁気抵抗素子３ｂに対してマイナス４５度傾けて配置されており、左斜め上側の領域がＮ極に、右斜め下側の領域がＳ極に着磁されている。
【００１９】
図５は磁気抵抗素子３ａの磁化方向を説明する図であり、（ａ）は磁石５１，５２が図３に示すような位置関係にある場合を示し、（ｂ）は磁気符号板５を図３の状態から右回りに９０度回転した場合を示す。Ｂ１はバイアス磁石２ａが磁気抵抗素子３ａの位置に形成する磁束密度を示しており、Ｂ２は磁石５１，５２が形成する磁場を示している。ここでは、説明を簡単にするために、磁束密度Ｂ１，Ｂ２の大きさが等しいとして説明する。
【００２０】
図５（ａ）に示す状態では、磁石５１，５２の形成する磁場Ｂ２の向きは磁石中心方向を向いており、磁場Ｂ１と磁場Ｂ２との成す角度は９０度になっている。そのため、合成した磁場Ｂ１２の向きは図示上下方向となり、図４に示すジグザグパターン３２対しては平行となり、ジグザグパターン３３に対しては直交する。その結果、ｂｃ間の電圧Ｖ０は最小Ｖｍｉｎとなる。
【００２１】
一方、図５（ｂ）に示す状態では、磁石５１，５２の形成する磁場Ｂ２の向きは図５（ａ）の場合とは逆向きになっている。そのため、合成した磁場Ｂ１２の向きは図示左右方向となり、ジグザグパターン３２に対しては直交し、ジグザグパターン３３に対しては平行となる。その結果、ｂｃ間の電圧Ｖ０は最大Ｖｍａｘとなる。
【００２２】
図６は、磁気符号板５を回転したときに磁気抵抗素子３ａから出力される電圧信号Ｖ０を定性的に示したものであり、横軸は回転角度を表している。電圧信号Ｖ０は、Ｖｃｃ／２を中心電圧として電圧Ｖｍｉｎと電圧Ｖｍａｘの間を周期的に変化する。図６の符号ｍで示す角度が図５（ａ）の場合に対応しており、符号ｎで示す角度が図５（ｂ）の場合に対応している。なお、磁気抵抗素子３ｂの出力信号は、磁気抵抗素子３ａの出力信号に対して位相が９０度ずれることになる。
【００２３】
図７は、２つの磁気抵抗素子３ａ，３ｂに対して１つのバイアス磁石２００が用いられる場合を示している。図７は図１と同様の平面図であり、プリント配線基板１上には２つの磁気抵抗素子３ａ，３ｂが図１の場合と同様の位置関係で配設されている。磁石２００は領域２００ａおよび領域２００ｃがＳ極に着磁され、領域２００ｂがＮ極に着磁されている。
【００２４】
図７に示す例では、円弧状の磁石２００の外周面に沿って５つの電子部品４ｂ〜４ｆがプリント配線基板１上に実装されていて、磁石２００の端面の位置に電子部品４ａ，４ｇが実装されている。そのため、磁石２００を磁気抵抗素子３ａ，３ｂの上に接着する際には、磁石２００を電子部品４ａ〜４ｇの囲まれた領域に載置すれば良い。磁石２００は電子部品４ａ〜４ｇによって位置決めされ、所定の固着位置に精度良く接着されることになる。
【００２５】
上述した実施の形態では磁気抵抗素子を２つ用いる場合を例に説明したが、磁気抵抗素子の数やバイアス磁石の数は上述したものに限らない。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コスト上昇が抑えられ、バイアス磁石の貼り付けが容易で、かつ、貼り付け位置精度の高い磁気式エンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気式エンコーダの一実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１のプリント配線基板１の一部と磁気符号板５を示す斜視図である。
【図３】磁気符号板５の平面図である。
【図４】磁気抵抗素子３ａを詳細に示す平面図である。
【図５】磁気抵抗素子３ａの磁化方向を説明する図であり、（ａ）は磁石５１，５２が図３に示す位置関係にある場合を示し、（ｂ）は磁気符号板５を図３の状態から右回りに９０度回転した場合を示す。
【図６】磁気符号板５を回転したときに、磁気抵抗素子３ａから出力される電圧信号Ｖ０を定性的に示す図である。
【図７】磁気抵抗素子３ａ，３ｂに対してバイアス磁石２００を１つ用いる場合を示す平面図である。
【符号の説明】
１プリント配線基板
２ａ，２ｂ，２００バイアス磁石
３ａ，３ｂ磁気抵抗素子
４ａ〜４ｈ電子部品
５磁気符号板
６回転軸
３２，３３ジグザグパターン
５１，５２磁石

Claims

磁気符号板が固設された回転軸と、
前記磁気符号板に近接して配設されたプリント配線基板に固設され、前記磁気符号板の磁場を検出する磁気抵抗素子と、
前記磁気抵抗素子にバイアス磁場を印加するバイアス磁石と、
前記プリント配線基板に実装され、前記磁気抵抗素子の信号処理を行う電子回路とを備え、
前記プリント配線基板上において、前記バイアス磁石の側面周囲の全てまたは一部を囲むように前記電子回路を構成する電子部品の少なくとも一部を配設することによりバイアス磁石設置目標領域を形成し、そのバイアス磁石設置目標領域に前記バイアス磁石を位置決めすることを特徴とする磁気式エンコーダ。