JP2006234542A - エンコーダ用磁気センサ、磁気エンコーダ、レンズ鏡筒およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＭＲセンサ、ＴＭＲセンサなどのエンコーダ用磁気センサにおいて、検出出力を安定化し、リード導体の断線を防ぐ。
【解決手段】基板２１のセンサパターン面２１ａは、磁気メディア１５に対して所定のピッチ角α（望ましくは、α＝０．１〜５°）だけ傾斜している。基板２１の両側には、ダミーチップ２３が、それぞれ基板２１のセンサパターン面２１ａから突出する形で互いに基板２１を挟んで対峙するように添設されている。ダミーチップ２３のメディア摺動面２３ａは、基板２１と反対側の隅角部が面取り加工されている。これにより、検出距離Ｄ１が常に一定となり、検出出力が安定化される。磁気メディア１５のエッジ部分が基板２１のセンサパターン面２１ａに当接しないため、センサパターン面２１ａに配設されたリード導体が断線しない。磁気メディア１５が回転しても、ダミーチップ２３から損傷を受けない。
【選択図】図６

Description

本発明は、カメラのレンズ鏡筒を構成する回転筒など、回転角度を精密に検出する必要がある回転筒に適用されるＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）センサ、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）センサなどのエンコーダ用磁気センサに関するものである。

この種のエンコーダ用磁気センサ２０を用いて回転角度を検出する際には、図８に示すように、回転筒（図示せず）と同期して回転する磁気メディア１５にエンコーダ用磁気センサ２０を当接させ、このエンコーダ用磁気センサ２０の検出部２２により、磁気メディア１５の回転に伴う磁界の変化を磁気抵抗変化率に変換する。このとき、長手読取方式の磁気エンコーダでは、磁気メディア１５の平行成分を検出するので、磁気メディア１５の種類を選ばずに幅広い波長を読み取ることが可能である。

しかし、これでは次のような不都合があった。

第１に、磁界の変化を磁気抵抗変化率に効率よく変換するためには、エンコーダ用磁気センサ２０の検出部２２と磁気メディア１５との距離、つまり検出距離Ｄ１を一定に保つ必要がある。したがって、エンコーダ用磁気センサ２０の取り付け精度が悪いと、図９や図１０に示すように、検出距離Ｄ１にバラツキが発生するため、検出部２２による検出出力に差が生じる。

第２に、エンコーダ用磁気センサ２０の取り付け状態によっては、図１０に示すように、磁気メディア１５の回転に伴い、磁気メディア１５のエッジ部分がエンコーダ用磁気センサ２０のセンサパターン面２１ａに強く当接する場合がある。この場合、センサパターン面２１ａが磁気メディア１５によって削られてしまい、センサパターン面２１ａに配設されたリード導体（図示せず）が断線する恐れがある。

なお、ここでは磁気メディア１５が回転してエンコーダ用磁気センサ２０と摺動する場合について説明したが、エンコーダ用磁気センサ２０が回転して磁気メディア１５と摺動する場合や、磁気メディア１５またはエンコーダ用磁気センサ２０が（回転運動ではなく）往復直線運動してエンコーダ用磁気センサ２０または磁気メディア１５と摺動する場合などについても、同様の不都合が生じる。

本発明は、こうした不都合を解消することが可能な、エンコーダ用磁気センサ、磁気エンコーダ、レンズ鏡筒およびカメラを提供することを目的とする。

まず、請求項１に係るエンコーダ用磁気センサの発明は、磁気メディアに対して相対的に摺動する基板を有し、この基板のセンサパターン面に検出部が形成されたエンコーダ用磁気センサであって、前記センサパターン面は、前記磁気メディアに対して所定のピッチ角だけ傾斜し、前記基板にはダミーチップが、前記磁気メディアに当接して前記検出部を前記磁気メディアから所定の検出距離だけ離すように添設されていることを特徴とする。
また、請求項２に係るエンコーダ用磁気センサの発明は、前記ダミーチップは、前記基板を挟んで両側にそれぞれ配置していることを特徴とする。
また、請求項３に係るエンコーダ用磁気センサの発明は、前記ダミーチップのメディア摺動面は、前記基板と反対側の隅角部が面取り加工されていることを特徴とする。
また、請求項４に係るエンコーダ用磁気センサの発明は、前記センサパターン面には、耐摩耗性膜が被覆されていることを特徴とする。
また、請求項５に係るエンコーダ用磁気センサの発明は、前記基板は、その先端が面取り加工されていることを特徴とする。
また、請求項６に係るエンコーダ用磁気センサの発明は、前記ピッチ角は、０．１〜５°であることを特徴とする。
また、請求項７に係る磁気エンコーダの発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載のエンコーダ用磁気センサを備えていることを特徴とする。
また、請求項８に係るレンズ鏡筒の発明は、請求項７に記載の磁気エンコーダを備えていることを特徴とする。
また、請求項９に係るカメラの発明は、請求項８に記載のレンズ鏡筒を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、エンコーダ用磁気センサの検出部と磁気メディアとの検出距離が常に一定となるので、検出部による検出出力を安定化することができる。

また、磁気メディアのエッジ部分がエンコーダ用磁気センサのセンサパターン面に当接する事態が生じないので、センサパターン面に配設されたリード導体の断線を未然に防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

カメラ１は、図１に示すように、カメラ本体２を有しており、カメラ本体２にはレンズ鏡筒３が着脱自在に取り付けられている。このレンズ鏡筒３は、図２に示すように、フォーカスリング６が装着された前部レンズ鏡筒５を有しており、前部レンズ鏡筒５の後方には後部レンズ鏡筒７が着脱自在に螺合している。さらに、後部レンズ鏡筒７にはズームリング９およびマウントリング１０が着脱自在に装着されている。

そして、後部レンズ鏡筒７は、図２に示すように、回転筒１３と固定筒１４とを備えている。後部レンズ鏡筒７には、長手読取方式の磁気ロータリエンコーダ１２が取り付けられており、磁気ロータリエンコーダ１２は、図４に示すように、磁気メディア１５およびセンサアセンブリ１６から構成されている。ここで、磁気メディア１５は、テープ状の合成樹脂フィルム上に磁性層をコーティングし、この磁性層に所定の着磁ピッチで着磁したものである。そして、この磁気メディア１５は、図３に示すように、後部レンズ鏡筒７の回転筒１３に固着されている。一方、センサアセンブリ１６は、図２に示すように、後部レンズ鏡筒７の固定筒１４に固着されている。

また、磁気ロータリエンコーダ１２のセンサアセンブリ１６は、図５に示すように、金属製のサスペンション１７を有しており、サスペンション１７には、可撓性のあるＦＰＣ（フレキシブルプリント回路）部材１９が付設されている。また、サスペンション１７には、ＧＭＲセンサ、ＴＭＲセンサなどのエンコーダ用磁気センサ２０が取り付けられている。そして、ＦＰＣ部材１９の接続パッドとエンコーダ用磁気センサ２０の電極端子とは、ワイヤボンディング１８によって接続されている。

ところで、エンコーダ用磁気センサ２０は、図６に示すように、アルミナ系セラミックスからなる角棒状の基板２１を有しており、基板２１の先端は、所定の曲率半径（例えば、５〜５０μｍ）の円弧断面状に面取り加工されている。そして、基板２１のセンサパターン面２１ａは、磁気メディア１５に対して所定のピッチ角α（例えば、α＝１．５°）だけ傾斜するようテーパ加工されている。ここで、ピッチ角αは１．５°に限られない。ただし、ピッチ角αが０．１°未満ではセンサパターン面２１ａがほぼ全面的に接触してしまい、逆にピッチ角αが５°を超えると、検出距離Ｄ１（後述する検出部２２と磁気メディア１５との距離）が大きくなり過ぎる。したがって、ピッチ角αは０．１〜５°の範囲内が望ましい。

また、基板２１のセンサパターン面２１ａには、図６に示すように、所定の長さ（例えば、５０〜５００μｍ）の検出部２２が、基板２１の先端から所定の距離（例えば、１０〜２００μｍ）を置いて形成されている。また、基板２１のセンサパターン面２１ａには、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などからなる耐摩耗性膜が被覆されている。さらに、基板２１の両側には、アルミナ系セラミックスからなる直方体状のダミーチップ２３が、それぞれ基板２１のセンサパターン面２１ａから突出する形で互いに基板２１を挟んで対峙するように添設されている。その結果、エンコーダ用磁気センサ２０は、磁気メディア１５に対して３点（２個のダミーチップ２３と基板２１の先端部）で支持された状態となっている。さらに、各ダミーチップ２３のメディア摺動面２３ａは、基板２１と反対側の隅角部が面取り加工されている。なお、この「ダミーチップ」とは、検出部を有しない摺動部材を意味する。

カメラ１は以上のような構成を有するので、撮影時にピント合わせを行うときには、後部レンズ鏡筒７の固定筒１４に対して回転筒１３が回転する。すると、回転筒１３の回転に伴って磁気メディア１５が同期的に回転する。そして、エンコーダ用磁気センサ２０の検出部２２は、磁界の変化を磁気抵抗変化率に変換する形で回転筒１３の回転角度を検出する。

このとき、図６に示すように、磁気メディア１５はエンコーダ用磁気センサ２０に当接しながら回転するが、エンコーダ用磁気センサ２０は磁気メディア１５に対して３点支持された状態となっているので、エンコーダ用磁気センサ２０の検出部２２と磁気メディア１５との距離、つまり検出距離Ｄ１は常に一定（例えば、５〜２０μｍ）となる。その結果、検出部２２による検出出力が安定化される。

また、ダミーチップ２３は、図６に示すように、基板２１のセンサパターン面２１ａから突出する形で磁気メディア１５に当接しているので、磁気メディア１５のエッジ部分がエンコーダ用磁気センサ２０の基板２１のセンサパターン面２１ａに当接する事態が生じない。しかも、このセンサパターン面２１ａには耐摩耗性膜が被覆されているため、耐摩耗性に優れる。したがって、センサパターン面２１ａに配設されたリード導体（図示せず）の断線を未然に防止することができる。

また、基板２１の先端は、図６に示すように、面取り加工されているため、磁気メディア１５の回転に伴って基板２１が磁気メディア１５に物理的な損傷を与える心配はない。

さらに、ダミーチップ２３のメディア摺動面２３ａは、図６に示すように、基板２１と反対側の隅角部が面取り加工されているため、磁気メディア１５の回転に伴ってダミーチップ２３が磁気メディア１５に物理的な損傷を与える心配はない。

上述した効果を確認するため、本発明品と従来品とを試作し、回転摺動（正・逆回転）による摩耗性試験を行った。ここで、試験条件は、エンコーダ用磁気センサ２０に対する荷重１０ｇ、ピッチ角α＝１．５°、摺動距離３．５ｋｍとした。この試験の結果、基板２１の両側にダミーチップ２３を有する場合、エンコーダ用磁気センサ２０の摩耗は極少なく、摺動距離３．５ｋｍに何ら問題なく耐えることができた。また、その試験中の検出出力は常に一定であった。もうひとつのダミーチップ２３がない場合は、およそ摺動距離２．０ｋｍで断線した。このことから、エンコーダ用磁気センサ２０にダミーチップ２３が添設されていることにより簡素化された取り付け方法で摺動距離を伸ばしても、検出出力が不安定にならず、断線しない状態を維持できることが判明した。

なお、上述の実施形態においては、基板２１の両側にそれぞれダミーチップ２３を添設したエンコーダ用磁気センサ２０について説明した。しかし、磁気メディア１５が一方向にしか回転しない機器（例えば、プリンタなど）に適用する場合には、基板２１の片側のみにダミーチップ２３を添設しても構わない。

なお、上述の実施形態においては、ダミーチップ２３の長さを基板２１の長さの１／７程度とし、ダミーチップ２３の幅を基板２１の幅と同程度とした場合について説明したが、磁気メディア１５に当接して検出部２２を磁気メディア１５から所定の検出距離Ｄ１だけ離すことができるものである限り、ダミーチップ２３の長さや幅は特に限定されない。例えば、図７に示すように、ダミーチップ２３を長く形成することもできる。

なお、上述の実施形態においては、基板２１をテーパ加工して所定のピッチ角αだけ傾斜させる場合について説明したが、テーパ加工を行う代わりに、少し背の高い短いダミーチップ２３を設けたり、少し背の高い、長くテーパを有するダミーチップ２３を設けたりしても構わない。

なお、上述の実施形態においては、アルミナ系セラミックス製の基板２１およびダミーチップ２３を用いる場合について説明したが、基板２１やダミーチップ２３の材質はこれに限るわけではない。基板２１については、アルミナ系セラミックス以外に硬質・高強度の各種セラミック、あるいはガラス質のものも適用可能である。また、ダミーチップ２３については、各種セラミックス、ガラス、加工性に優れる各種金属のほか、硬質のプラスチックなどを採用することもできる。

なお、上述の実施形態においては、長手読取方式の磁気ロータリエンコーダ１２について説明したが、垂直読取方式の磁気ロータリエンコーダを代用することも可能である。

なお、上述の実施形態においては、エンコーダ用磁気センサ２０に対して磁気メディア１５が回転する場合について説明したが、逆に、磁気メディア１５に対してエンコーダ用磁気センサ２０が回転する場合に本発明を適用することも可能である。つまり、両者の摺動時の動きは相対的なものであればよく、いずれが回転しても構わない。

なお、上述の実施形態においては、磁気エンコーダの一例として磁気ロータリエンコーダ１２を取り上げて説明したが、磁気ロータリエンコーダ１２以外の磁気エンコーダ（例えば、磁気リニアエンコーダなど）に本発明を適用することもできる。つまり、両者の摺動時の動きは回転運動に限られず、往復直線運動その他の運動も含まれる。

なお、上述の実施形態においては、カメラ１を例示して説明したが、回転摺動部材や直線摺動部材の摺動量を制御するものである限り、カメラ１以外の装置・機器（例えば、プリンタ、ビデオカメラ、制御モーター、リフターなど）に本発明を適用することもできる。

本発明に係るカメラの一実施形態を示す分解斜視図である。 図１に示すカメラのレンズ鏡筒の分解斜視図である。 図２に示すレンズ鏡筒の後部レンズ鏡筒の分解斜視図である。 磁気ロータリエンコーダの斜視図である。 図４に示す磁気ロータリエンコーダのセンサアセンブリの斜視図である。 本発明に係るエンコーダ用磁気センサの一実施形態を示す正面図（左図）および右側面図（右図）である。 本発明に係るエンコーダ用磁気センサの別の２実施形態を示す正面図である。 従来のエンコーダ用磁気センサの一例を示す正面図である。 図８に示すエンコーダ用磁気センサの取り付け状態の一例を示す正面図である。 図８に示すエンコーダ用磁気センサの取り付け状態の別の例を示す正面図である。

符号の説明

１……カメラ
２……カメラ本体
３……レンズ鏡筒
５……前部レンズ鏡筒
６……フォーカスリング
７……後部レンズ鏡筒
９……ズームリング
１０……マウントリング
１２……磁気ロータリエンコーダ（磁気エンコーダ）
１３……回転筒
１４……固定筒
１５……磁気メディア
１６……センサアセンブリ
１７……サスペンション
１８……ワイヤボンディング
１９……ＦＰＣ部材
２０……エンコーダ用磁気センサ
２１……基板
２１ａ……センサパターン面
２２……検出部
２３……ダミーチップ
２３ａ……メディア摺動面
Ｄ１……検出距離
α……ピッチ角

Claims (9)

1. 磁気メディアに対して相対的に摺動する基板を有し、この基板のセンサパターン面に検出部が形成されたエンコーダ用磁気センサであって、
   前記センサパターン面は、前記磁気メディアに対して所定のピッチ角だけ傾斜し、
   前記基板にはダミーチップが、前記磁気メディアに当接して前記検出部を前記磁気メディアから所定の検出距離だけ離すように添設されていることを特徴とするエンコーダ用磁気センサ。
2. 前記ダミーチップは、前記基板を挟んで両側にそれぞれ配置していることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ用磁気センサ。
3. 前記ダミーチップのメディア摺動面は、前記基板と反対側の隅角部が面取り加工されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンコーダ用磁気センサ。
4. 前記センサパターン面には、耐摩耗性膜が被覆されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のエンコーダ用磁気センサ。
5. 前記基板は、その先端が面取り加工されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のエンコーダ用磁気センサ。
6. 前記ピッチ角は、０．１〜５°であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のエンコーダ用磁気センサ。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のエンコーダ用磁気センサを備えていることを特徴とする磁気エンコーダ。
8. 請求項７に記載の磁気エンコーダを備えていることを特徴とするレンズ鏡筒。
9. 請求項８に記載のレンズ鏡筒を備えていることを特徴とするカメラ。

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