JP2010078410A - Method and apparatus for manufacturing magnetic type rotary encoder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気センサユニットを備えた磁気式ロータリエンコーダの製造方法およびその製造に使用する製造装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a magnetic rotary encoder including a magnetic sensor unit and a manufacturing apparatus used for manufacturing the magnetic rotary encoder.
一般的に、磁気式ロータリエンコーダは、磁気ドラム及び磁気センサを備える。磁気ドラムは、回転軸に固定されその円周方向に磁気パターンを着磁したドラムであり、磁気センサは、前記磁気ドラムの円周方向の一定角度位置に、前記磁気パターンに近接して配置され磁界強度に応じた電気信号を出力する磁気抵抗(MR:Magnetic Resistance)素子を含む電気回路を搭載した磁気センサである。このような磁気式ロータリエンコーダでは、磁気パターンから放出される磁界強度の強弱信号を磁気センサにて検出して、電気信号に変換、解析することにより回転軸の回転角度位置を知ることができる。 Generally, a magnetic rotary encoder includes a magnetic drum and a magnetic sensor. The magnetic drum is a drum fixed to a rotating shaft and magnetized with a magnetic pattern in the circumferential direction thereof, and the magnetic sensor is disposed at a certain angular position in the circumferential direction of the magnetic drum and close to the magnetic pattern. This is a magnetic sensor equipped with an electric circuit including a magnetic resistance (MR) element that outputs an electric signal corresponding to the magnetic field intensity. In such a magnetic rotary encoder, the rotational angle position of the rotary shaft can be known by detecting the strength signal of the magnetic field intensity emitted from the magnetic pattern with a magnetic sensor, converting it to an electrical signal, and analyzing it.
磁気パターンと磁気センサとは、磁気パターンの形状、及び磁気センサに配置された磁気抵抗素子の特性から決定される一定の設計ギャップ寸法を保って配置する必要がある。磁気センサと磁気パターンとが前記設計ギャップ寸法よりも接近した場合には、磁気センサの出力は飽和し、磁気センサは、最も近接する磁気パターンのみならず、その近傍に位置する磁気パターンからも不要な磁界を検出してしまい、出力波形に歪みを生じる。その結果、回転角検出精度は低下してしまう。一方、前記設計ギャップ寸法よりも磁気センサと磁気パターンとが離れた場合には、磁界強度が距離の二乗に比例して低下することから、磁気センサの出力は急激に低下し、やはり回転角検出精度は低下してしまう。このような理由から、磁気センサは、一般的に、前記設計ギャップ寸法を基準として、磁気パターンに対して±数十μmの位置精度にて配置される必要がある。 It is necessary to arrange the magnetic pattern and the magnetic sensor while maintaining a certain design gap dimension determined from the shape of the magnetic pattern and the characteristics of the magnetoresistive element arranged in the magnetic sensor. When the magnetic sensor and the magnetic pattern are closer than the design gap size, the output of the magnetic sensor is saturated, and the magnetic sensor is not required not only from the closest magnetic pattern but also from the magnetic pattern located in the vicinity thereof. A strong magnetic field is detected, and the output waveform is distorted. As a result, the rotation angle detection accuracy decreases. On the other hand, when the magnetic sensor and the magnetic pattern are separated from each other than the design gap size, the magnetic field strength decreases in proportion to the square of the distance, so that the output of the magnetic sensor rapidly decreases and the rotation angle is detected. Accuracy will be reduced. For this reason, the magnetic sensor generally needs to be arranged with a positional accuracy of ± several tens of μm with respect to the magnetic pattern with reference to the design gap dimension.
磁気パターンに対して磁気センサを設計ギャップ寸法にて配置する方法としては、例えば特許文献1に記載されるように、まず磁気センサを設計ギャップ寸法の近傍に配置し、磁気センサの出力をモニタしながら出力波形が最大となり、かつ波形歪みが小さくなるように、磁気センサの位置を微調整する方法、あるいは、磁気センサと磁気ドラムとの間に設計ギャップ寸法に相当する厚さの治具を挟み、磁気センサを前記治具基準で位置決めし固定して、その後、前記治具を取り去る方法のいずれかが一般的である。
As a method of arranging the magnetic sensor with the design gap dimension with respect to the magnetic pattern, for example, as described in
その他の方法として、例えば特許文献2では、磁気センサを磁気ドラムに対してスペーサを介して密着させることで両者のギャップ間隔を一定に保つ構造を開示している。
As another method, for example,
又、例えば特許文献3には、磁気パターンに対して磁気センサを直接に接触させて配置した磁気式エンコーダが開示されている。
For example,
一方、磁気センサは、光学式センサと比較して、汚れが付着した場合でも性能への影響がほとんどなく、広い温度範囲で使用できるなど耐環境性能に優れることから、例えば旋盤等の加工機のモータに用いられるエンコーダ用等に用いられ、良好とは言えない周囲環境で使用される場合がある。しかしながら、前記磁気抵抗素子や制御基板上の電気部品は、周囲環境により劣化が生じる可能性があることから、これらを気密封止するパッケージ内に収納されることが望ましい。 On the other hand, magnetic sensors, compared to optical sensors, have little impact on performance even when dirt adheres, and are superior in environmental resistance performance such as being usable in a wide temperature range. It is used for encoders used in motors, etc., and may be used in an ambient environment that is not good. However, since the magnetoresistive element and the electric parts on the control board may be deteriorated depending on the surrounding environment, it is desirable to store them in a package that hermetically seals them.
磁気式ロータリエンコーダにおいて、前記設計ギャップ寸法は、上述のように磁気抵抗素子の特性、及び磁気パターンの形状によって決まるが、一般的に数百μm〜1mm程度となる。又、磁気ドラムの回転軸は、ラジアル方向の変位を規制するベアリングなどの内部クリアランスや、剛性の影響により数十〜数百μmのラジアル振れを生じる。このような状況下において、封止部材にて気密封止した磁気センサと、これに対向する磁気ドラムの磁気パターンとが接触しないようにするためには、磁気センサを封止する封止部材が磁気センサ表面から突出する量を可能な限り小さくする必要がある。 In the magnetic rotary encoder, the design gap dimension is determined by the characteristics of the magnetoresistive element and the shape of the magnetic pattern as described above, but is generally about several hundred μm to 1 mm. In addition, the rotating shaft of the magnetic drum causes radial runout of several tens to several hundreds of μm due to the internal clearance of a bearing or the like that restricts the displacement in the radial direction and the influence of rigidity. Under such circumstances, in order to prevent the magnetic sensor hermetically sealed with the sealing member from contacting the magnetic pattern of the magnetic drum facing the magnetic sensor, a sealing member for sealing the magnetic sensor is provided. It is necessary to make the amount protruding from the surface of the magnetic sensor as small as possible.
このように前記設計ギャップ寸法を決めるために、特許文献1のように、磁気センサの出力をモニタしながら磁気センサの位置を微調整すると磁気センサの微調整に時間を要し、また、高精度のセンサを用いて微調整する必要があった。そのため、設計ギャップ寸法の調整が容易ではなかった。また、磁気センサと磁気ドラムとの間に設計ギャップ寸法に相当する厚さの治具を挟み、磁気センサを前記治具基準で位置決めし固定して、その後、前記治具を取り去る方法の場合、磁気センサと磁気ドラムとが平行に配置されないまま位置決めされ、設計ギャップ寸法から大幅にはずれる場合があった。 As described above, in order to determine the design gap size as described above, if the position of the magnetic sensor is fine-adjusted while monitoring the output of the magnetic sensor, time is required for fine adjustment of the magnetic sensor, and high accuracy is obtained. It was necessary to make fine adjustments using this sensor. Therefore, adjustment of the design gap dimension has not been easy. In the case of a method of sandwiching a jig having a thickness corresponding to the design gap dimension between the magnetic sensor and the magnetic drum, positioning and fixing the magnetic sensor based on the jig reference, and then removing the jig, In some cases, the magnetic sensor and the magnetic drum are positioned without being arranged in parallel, and greatly deviate from the design gap dimension.
また、特許文献3のように、磁気ドラムと磁気センサとを直接に接触させる構造の場合、接触部分が磨耗することでギャップ寸法が変動したり、磨耗粉がベアリング等の摺動部に入り込んだりし、回転機構の動作に支障を来す危険性があった。
Further, as in
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたもので、磁気センサと磁気パターンとの隙間寸法のバラツキを容易な方法で小さくすることができる、磁気センサユニットを備えた磁気式ロータリエンコーダの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and a magnetic type equipped with a magnetic sensor unit that can reduce the variation in the gap dimension between the magnetic sensor and the magnetic pattern by an easy method. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for manufacturing a rotary encoder.
本発明の磁気センサユニットの製造方法は、磁気センサユニットに対向して前記磁気センサユニットから所定の距離だけ離間して磁気ドラムを保持する対向保持工程と、前記対向保持工程により生じた前記磁気センサユニットと前記磁気ドラムとの間の空間に平面状のシートおよび平板上に突起を有するスペーサを配置する配置工程と、前記配置工程後に前記スペーサおよび前記シートの平面部分と垂直方向に前記磁気センサユニットを前記磁気ドラムに押し当てる押し当て工程と、前記押し当て工程後に前記磁気センサユニットと前記磁気ドラムとを固定する固定工程と、前記固定工程後に前記スペーサおよび前記シートを取り去る取り去り工程とを備えたものである。 The method of manufacturing a magnetic sensor unit according to the present invention includes an opposing holding step of holding a magnetic drum facing the magnetic sensor unit and spaced apart from the magnetic sensor unit by a predetermined distance, and the magnetic sensor generated by the opposing holding step. A disposing step of disposing a planar sheet and a spacer having a protrusion on a flat plate in a space between the unit and the magnetic drum; and the magnetic sensor unit perpendicular to the planar portion of the spacer and the sheet after the disposing step A pressing step for pressing the magnetic sensor unit on the magnetic drum, a fixing step for fixing the magnetic sensor unit and the magnetic drum after the pressing step, and a removing step for removing the spacer and the sheet after the fixing step. Is.
また、平面状のシートと、平板上に突起を有するスペーサと、前記シートおよび前記スペーサを間に挟んで磁気センサユニットを磁気ドラムに押し当てる押圧機構とを備えたものである。 Further, the apparatus includes a flat sheet, a spacer having a protrusion on a flat plate, and a pressing mechanism that presses the magnetic sensor unit against the magnetic drum with the sheet and the spacer interposed therebetween.
本発明の磁気式ロータリエンコーダの製造方法および製造装置によれば、磁気式ロータリエンコーダの磁気センサユニットに設けられた磁気センサと磁気パターンとの隙間寸法のバラツキを正確にかつ容易に小さくすることができ、容易に高精度の磁気式ロータリエンコーダを製造することができる。 According to the manufacturing method and the manufacturing apparatus of the magnetic rotary encoder of the present invention, it is possible to accurately and easily reduce the variation in the gap dimension between the magnetic sensor and the magnetic pattern provided in the magnetic sensor unit of the magnetic rotary encoder. Thus, a highly accurate magnetic rotary encoder can be easily manufactured.
本発明の実施形態の磁気センサユニットを備えた磁気式ロータリエンコーダの製造方法および製造装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。 A method and apparatus for manufacturing a magnetic rotary encoder including a magnetic sensor unit according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same or similar components are denoted by the same reference numerals.
実施の形態1.
図1は、本実施の形態における磁気式ロータリエンコーダ150の製造工程の一場面を示す模式図である。図1において、磁気センサ100が設けられた磁気センサユニット120が台200に載せられており、磁気センサユニット120に対向して、表面に磁気パターン131を着磁した磁気ドラム130が一定の距離だけ離間して対向保持されている。磁気センサユニット120と磁気ドラム130との間の空隙には、スペーサ140とシート141とが配置されている。スペーサ140の磁気センサユニット120に対向する面は、突起142が設けられている。また、磁気センサユニット120の磁気センサ100の表面には、センサカバー122が設けられている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing one scene of the manufacturing process of the
次に、図1に示した磁気センサ100について、図2を用いて詳しく説明する。図2は、磁気センサ100の構成を示す模式図である。図2に示すように、磁気センサ100は、センサ基板111と、センサ基板111の回路形成面111aに形成された、磁気抵抗素子112、磁気抵抗素子112に電気的に接続される配線パターン113、配線パターン113に電気的に接続されるマウントパット114から構成されている。また、2つある磁気抵抗素子112の中間部に磁気センサ基準位置115が設けられている。ここで、磁気センサ基準位置115は、センサ基板111の回路形成面111aの中央部に形成されたマークであり、センサカバー122を透して視認できるものとする。また、磁気センサ基準位置115が外部から視認できない場合であっても、外形寸法から仮想的に磁気センサ基準位置115の位置を計算して求めればよい。
Next, the
つづいて、図3を用いて、最終的な磁気式ロータリエンコーダ150の構造を説明する。図3に示すように、磁気センサユニット120は、基本的構成として、センサ基板111と、センサ基板111を保持するハウジング121と、ハウジング121に保持されたセンサ基板111を覆い気密封止するセンサカバー122とを備えている。センサカバー122は、センサ基板111およびハウジング121に密着固定されている。磁気ドラム130は、アルミニウムやオーステナイト系ステンレス鋼などの非磁性体材料で形成された円板であり、その側面部には磁性体物質を蒸着等により付着させて着磁した磁気パターン131が形成されている。このような磁気ドラム130は、図示しない回転機構により周方向へ回転される。また、磁気パターン131と、磁気センサユニット120における前記磁気抵抗素子112とは、規定のギャップ145を介して対向して配置される。
Next, the structure of the final
つづいて、上述したような磁気式ロータリエンコーダ150において、磁気センサユニット120と磁気ドラム130とをギャップ145を介して対向して設置する方法について、図4〜6および図3を用いて順に説明する。
Next, in the
まず、磁気センサユニット120を台200上に保持し、つづいて、図4に示すように、磁気センサユニット120の磁気センサ100が取り付けられた面に対向して、磁気ドラム130の側面部の磁気パターン131を、所定のギャップ145よりも大きい寸法位置に仮配置する(対向保持工程)。次に、図5に示すように、突起142を有するスペーサ140とシート141とを磁気ドラム130と磁気センサユニット120との隙間の空間に配置する(配置工程)。このとき、磁気センサ100上の磁気センサ基準位置115と、スペーサ140の突起142とが対向するように、スペーサ140が配置される。
First, the
つづいて、図6に示すように、磁気ドラム130とシート141、シート141とスペーサ140およびスペーサ140の突起142と磁気センサユニット120のセンサカバー122とがそれぞれ当接するように、押し当てる押圧機構144により、磁気センサユニット120を磁気ドラム130の方向、すなわち、シート141およびスペーサ140の平面部分に垂直方向に移動させる(押し当て工程)。
Next, as shown in FIG. 6, the pressing mechanism 144 that presses the
このように、スペーサ140とシート141とを間に挟み、磁気ドラム130と磁気センサユニット120とを押し当てたとき、センサカバー122は、センサ基板111に当接している。また、スペーサ140の突起142もセンサカバー122に当接している。したがって、磁気ドラム130と磁気センサユニット120とは、スペーサ140とシート141とを間に挟んだ状態にて、ギャップ145を介して配置されることになる。そして、この状態で磁気センサユニット120と磁気ドラム130とを固定する(固定工程)。その後、まずシート141を取り去り、次にスペーサ140を取り去る(取り去り工程)。
In this manner, when the
上述の手順で磁気センサユニット120と磁気ドラム130との位置決めおよび固定を行うことにより、磁気センサ100と磁気パターン131との間のギャップ145は、スペーサ140の突起部の板厚と、シート141の板厚と、センサカバー122の板厚との和となる。したがって、これら3部品の寸法によってギャップ145が決定される。このようにして、図3に示したように、磁気センサユニット120と磁気ドラム130との間のギャップが高精度に制御された磁気式ロータリエンコーダ150を得ることができる。
By positioning and fixing the
なお、スペーサ140は、磁気センサの基準位置115と同じ高さに突起142を有する、厚さが数百μm程度の板状の部材を加工して突起142を形成したものである。突起142の加工は、機械加工またはエッチング等の化学的処理によってなされるが、エッチング等の化学的処理の方が安価に加工できるので好ましい。
また、スペーサ140は、図1にも示したように、突起142の水平位置を磁気センサ100の基準位置115に合わせるための、磁気センサユニット120を囲うような曲げ面148を有していてもよい。曲げ面148の寸法や曲げ角度については、スペーサ140を磁気センサユニット120に設置した時に、曲げ面と磁気センサユニット120との間に0.5mm程度のすき間ができる寸法や角度を設定すればよい。
The
Further, as shown in FIG. 1, the
なお、シート141は、その両方の表面が滑らかで、曲げ性のある樹脂製の板状の治具とした。シート141に曲げ性を持たせるのは、取り去り工程でシート141を取り去る場合に、抜き取り易くするためである。ただし、シート141の材料としては、スペーサ140の材料とも、加圧により板厚が変化する材料、例えば弾力性に富む材料ではなく、剛性のある材料である必要がある。なぜなら、前述のように、スペーサ140とシート141との板厚はギャップ145を決めるパラメータであるからである。スペーサ140とシート141との材料を剛性のある材料とすることにより、正確にギャップ145の寸法を決めることができる。
The
また、前述のように、スペーサ140の突起部板厚寸法とシート141の板厚寸法の合計は、ギャップ145からセンサカバー122の板厚寸法を差し引いた厚さになるように設定される。スペーサ140とシート141のそれぞれの板厚寸法は、その合計板厚寸法が一定になればそれぞれ自由に選択できる。
Further, as described above, the total thickness of the
ここで、突起142および磁気センサ基準位置115の役割をあらためて説明しておく。突起142および磁気センサ基準位置115が設けられていることにより、磁気センサ100の回路形成面111aと磁気ドラム130の磁気パターン131とが非平行な状態のまま押し付けられたとしても、図7にその断面図を示すように、ギャップ145の値は、回路形成面111aと磁気パターン131とが平行に押し付けられた場合の値とほとんど変化せず、スペーサ140およびシート141の板厚と、センサカバー122の厚み寸法の和からだけで決まる。
Here, the roles of the
このように、突起142および磁気センサ基準位置115が設けられていることにより、磁気センサ100の回路形成面111aと磁気ドラム130の磁気パターン131とが非平行な状態のまま押し付けられ、磁気センサから離れた位置で磁気ドラム130の磁気パターン131の距離が決められたとしても、ギャップ145が大幅に設計値からずれることを防止できる。したがって、突起142および磁気センサ基準位置115が設けられていない場合より、ギャップ145のバラツキを大幅に低減できる。
Thus, by providing the
また、取り去り工程において、まずシート141を取り去り、次にスペーサ140を取り去るのは、すきまがない状態から両方の表面が滑らかなシート141をまず取り去り、その後、突起142を有するスペーサ140を取り去ることにより、シート141およびスペーサ140の取り去りによって磁気センサユニット120および磁気ドラム130の位置ずれが発生するのを防ぐことができる。また、突起のあるスペーサ140の突起142が破損することなく、スペーサ140を何度も繰り返し使用することができる。
In the removal process, the
以上説明してきたように、本実施の形態における磁気式ロータリエンコーダの製造工程および製造装置によれば、磁気式ロータリエンコーダの磁気センサユニットに設けられた磁気センサと磁気パターンとの隙間寸法のバラツキを正確にかつ容易に小さくすることができ、容易に高精度の磁気式ロータリエンコーダを製造することができる。 As described above, according to the manufacturing process and the manufacturing apparatus of the magnetic rotary encoder in the present embodiment, the gap size variation between the magnetic sensor and the magnetic pattern provided in the magnetic sensor unit of the magnetic rotary encoder is reduced. The magnetic rotary encoder can be accurately and easily reduced, and a highly accurate magnetic rotary encoder can be easily manufactured.
実施の形態2.
図8は、この発明を実施するための実施の形態2における磁気式ロータリエンコーダの製造工程の一場面を示す模式図である。図8に示すように、本実施の形態においては、実施の形態1において、スペーサ140の両側に曲げ面148が設けられていたのに代わり、壁149を設けて、壁でスペーサを挟み込むようにしてあることの他は、実施の形態1と同様であるので、詳細な説明を省略する。
FIG. 8 is a schematic diagram showing one scene of the manufacturing process of the magnetic rotary encoder according to the second embodiment for carrying out the present invention. As shown in FIG. 8, in this embodiment, in place of the
本実施の形態の磁気式ロータリエンコーダの製造工程および製造装置によっても、磁気センサユニット120と磁気ドラム130とを正確に位置あわせでき、磁気式ロータリエンコーダの磁気センサユニットに設けられた磁気センサと磁気パターンとの隙間寸法のバラツキを正確にかつ容易に小さくすることができ、容易に高精度の磁気式ロータリエンコーダを製造することができる。
The magnetic rotary encoder manufacturing process and manufacturing apparatus according to the present embodiment can also accurately align the
100 磁気センサ、111 センサ基板、112 磁気抵抗素子配置部、113 配線パターン、114 マウントパッド、116 磁気センサ基準位置、120 磁気センサユニット、121 ハウジング、122 センサカバー、130 磁気ドラム、131 磁気パターン、140 スペーサ、141 シート、142 突起、144 押圧機構、145 ギャップ、148 曲げ面、149 壁、150 磁気式ロータリエンコーダ、200 台。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記対向保持工程により生じた前記磁気センサユニットと前記磁気ドラムとの間の空間に平面状のシートおよび平板上に突起を有するスペーサを配置する配置工程と、
前記配置工程後に前記スペーサおよび前記シートの平面部分と垂直方向に前記磁気センサユニットを前記磁気ドラムに押し当てる押し当て工程と、
前記押し当て工程後に前記磁気センサユニットと前記磁気ドラムとを固定する固定工程と、
前記固定工程後に前記スペーサおよび前記シートを取り去る取り去り工程と
を備えたことを特徴とする磁気式ロータリエンコーダの製造方法。 An opposing holding step of holding the magnetic drum facing the magnetic sensor unit and spaced apart from the magnetic sensor unit by a predetermined distance;
An arrangement step of arranging a planar sheet and a spacer having a protrusion on a flat plate in a space between the magnetic sensor unit and the magnetic drum generated by the opposing holding step;
A pressing step of pressing the magnetic sensor unit against the magnetic drum in a direction perpendicular to the spacer and the planar portion of the sheet after the arranging step;
A fixing step of fixing the magnetic sensor unit and the magnetic drum after the pressing step;
A method for manufacturing a magnetic rotary encoder, comprising: a step of removing the spacer and the sheet after the fixing step.
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