JP2011085517A - 磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度のばらつきが抑制された磁気センサ装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本実施例の磁気センサ装置は、相対移動可能な磁気センサ１００及び被検出体２００と、磁気センサ１００と対向するように被検出体２００に取り付けられた磁石シート１と、を備え、磁石シート１は、非磁性材により形成された支持体２０、支持体２０上に形成され磁性粉を含有した樹脂により形成され異なる極性に着磁された硬磁性層１０、を含み、硬磁性層１０は、被検出体２００側に位置し、支持体１０は、磁気センサ１００側に位置している。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気センサ装置に関する。

従来から、磁気センサ装置に関する技術が知られている（特許文献１参照）。また、可撓性を有した磁石シートがある。

特開２００１−４４０４号公報

このような磁石シートを被検出体に取り付け、磁気センサで磁石シートの位置を検出することにより、被検出体の位置を検出することが可能となる。

このような磁石シートは、硬磁性層を有している。硬磁性層の表面の粗さによっては、硬磁性層の磁束密度にばらつきが生じる恐れがある。この場合には、磁気センサの検出精度にもばらつきが生じる恐れがある。

そこで本発明は、検出精度のばらつきが抑制された磁気センサ装置を提供することを目的とする。

上記目的は、相対移動可能な磁気センサ及び被検出体と、前記磁気センサと対向するように前記被検出体に取り付けられた磁石シートと、を備え、前記磁石シートは、非磁性材により形成された支持体、前記支持体上に形成され磁性粉を含有した樹脂により形成され異なる極性に着磁された硬磁性層、を含み、前記硬磁性層は、前記被検出体側に位置し、前記支持体は、前記磁気センサ側に位置している、磁気センサ装置によって達成できる。

硬磁性層は支持体上に形成されているので、支持体側の硬磁性層の表面は平坦化されている。このため、硬磁性層が被検出体側に位置し、支持体が磁気センサ側に位置するように磁石シートを被検出体に取り付けた場合、平坦化された硬磁性層の表面は磁気センサ側を向く。ここで、平坦化された硬磁性層の表面の磁束密度はばらつきが少ない。従って、磁束密度のばらつきが少ない硬磁性層の表面が、磁気センサ側を向くことになる。これにより、磁気センサの検出精度のばらつきが抑制される。

本発明によれば、検出精度のばらつきが抑制された磁気センサ装置を提供できる。

図１Ａは、磁石シートの説明図、図１Ｂ、１Ｃは、磁石シートを用いた磁気センサ装置の概略図である。 図２Ａは、磁石シートの断面図、図２Ｂは、磁気センサに対する磁石シート１の向きの説明図である。 図３は、硬磁性層の表面の粗さと磁束密度のばらつきとの関係を示した表である。 図４Ａ、４Ｂは、磁気センサ装置の変形例の説明図である。 図５Ａ、５Ｂは、磁気センサ装置の変形例の説明図である。 図６Ａ、６Ｂは、磁気センサ装置の変形例の説明図である。 図７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、磁石シートの取付方法の説明図である。 図８Ａ、８Ｂ、８Ｃは、磁石シートの取付方法の説明図である。 図９Ａ〜９Ｃは、磁石シートの製造方法の説明図である。

図１Ａは、磁石シートの説明図である。磁石シート１は、細長いシート状である。磁石シート１は、長手方向に沿って交互に異なる極性に着磁されている。磁石シート１は、可撓性を有している。図１Ｂ、１Ｃは、磁石シートを用いた磁気センサ装置の概略図である。

図１Ｂに示すように、磁気センサ１００による位置検出の対象となる被検出体２００に磁石シート１を取り付けられている。ここで、被検出体２００は、例えば所定方向に移動するステージである。磁気センサ１００は、不図示のプリント基板に実装されており、固定されている。磁気センサ１００は、例えばホールＩＣであるが、ＭＲセンサであってもよいし、それ以外であってもよい。

磁石シート１は、磁気センサ１００と対向するように被検出体２００に取り付けられている。詳細には、磁石シート１は、被検出体２００の移動方向に沿うように取り付けられている。これにより、被検出体２００の位置を検出することができる。

被検出体２００への磁石シート１の取り付け方法は、両面テープ、接着剤、ネジ止めの何れであってもよい。また、磁石シート１の一部に孔を設けて、被検出体２００側に形成された突起を磁石シート１の孔に嵌合することにより、磁石シート１を被検出体２００へ取り付けてもよい。また、磁石シート１は磁石として機能するので、被検出体２００が軟磁性材料で形成されている場合、磁石シート１の磁力により磁石シート１を直接被検出体２００へ固定してもよい。

図１Ｃに示すように、被検出体２００ａは、回転可能に設けられている。磁石シート１は可撓性を有しているので、被検出体２００ａのような円径の部材の外周表面に磁石シート１を取り付けてもよい。これにより、被検出体２００ａの回転位置を検出することができる。尚、円筒状の回転する部材の内周面に磁石シート１を固定して、円筒内に磁気センサを配置してもよい。

磁気センサ１００は移動可能な部材に取り付けられていてもよい。即ち、磁気センサ１００と被検出体２００とが相対的に移動すればよい。例えば、被検出体２００が移動不能であり、磁気センサ１００が移動可能であってもよい。この場合、被検出体２００に磁石シート１を取り付けることにより、被検出体２００に対する磁気センサ１００の位置を検出することができる。

次に、図２Ａは、磁石シート１の断面図である。
磁石シート１は、硬磁性層１０、支持体２０を有している。支持体２０は、薄いフィルム状である。支持体２０は、非磁性材であるプラスチック製であるが、これ以外の非磁性材であればこれ以外の材料で形成されていてもよい。支持体２０の材料は、具体的にはＰＥＴである。支持体２０の厚さは、例えば約５μｍ〜約２５μｍであるが、これに限定されない。

硬磁性層１０は、支持体２０上に形成されている。硬磁性層１０は、磁性粉を含有した樹脂により形成されている。硬磁性層１０の厚さは、例えば約１５０μｍであるが、これに限定されない。

硬磁性層１０の第１面１１は、露出しており、硬磁性層１０の第２面１２は、支持体２０により覆われている。これは、詳しくは後述するが、支持体２０の表面に硬磁性層１０の材料となる樹脂を印刷し、その後に硬磁性層１０を硬化させ、着磁するので、硬磁性層１０の第２面１２は、支持体２０に覆われることになる。

図２Ｂは、磁気センサ１００に対する磁石シート１の向きの説明図である。
図２Ｂに示すように、磁石シート１は、接着層Ｂにより被検出体２００に取り付けられている。尚、上述したように、被検出体２００への磁石シート１の取付方法はこれに限定されない。接着層Ｂの厚さは、例えば２０μｍ程度であるがこれに限定されない。接着層Ｂは、硬磁性層１０の第１面１１側に塗布された接着剤が硬化したものである。接着層Ｂは、例えば、エポキシ系の接着剤が硬化したものである。

図２Ｂに示すように、支持体２０が磁気センサ１００側に位置し、硬磁性層１０が被検出体２００側に位置するように、磁石シート１は被検出体２００に取り付けられている。換言すれば、支持体２０は磁気センサ１００と対向するように、磁石シート１は被検出体２００に取り付けられている。即ち、硬磁性層１０の第２面１２が磁気センサ１００側に位置し、硬磁性層１０の第１面１１が被検出体２００側に位置する。このような向きで磁石シート１が取り付けられている理由を以下に説明する。

図３は、硬磁性層の表面の粗さと磁束密度のばらつきとの関係を示した表である。
図３に示すように、硬磁性層１０の第１面１１側（図３においては磁性面と記載している）の粗さは、６７μｍである。一方、支持体２０の表面の粗さは、７５ｎｍである。支持体２０の表面粗さが小さいのは、支持体２０はＰＥＴ製であるからである。硬磁性層１０の第２面１２は、支持体２０により平坦化されているので、硬磁性層１０の第２面１２側の粗さは、７５ｎｍに近似しているものと推定される。

磁束密度のばらつきは、第１面１１に磁気センサ接触させた場合と、支持体２０の外面に磁気センサを接触させた場合とで測定した。磁束密度のばらつきは、磁束密度のピーク値の平均を計測し、その平均に対するピーク値の差に基づいて算出した。第１面１１側（磁性面側）での磁束密度のばらつきは、４０．３％であるのに対し、支持体２０側の磁束密度のばらつきは、１０．３％であった。このような差は、硬磁性層１０の第２面１２側は、支持体２０により平坦化されているので、磁束密度のばらつきも抑制されたものと考えられる。

図２Ｂに示すように、このような磁束密度のばらつきが抑制された硬磁性層１０の第２面１２側を磁気センサ１００と対向させることにより、磁気センサ１００の検出精度が向上する。

また、支持体２０が磁気センサ１００側を向いていることにより、硬磁性層１０と磁気センサ１００との間の距離が、支持体２０の厚みより小さくなることを防止している。

次に、磁気センサ装置の変形例について説明する。図４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂは、磁気センサ装置の変形例の説明図である。図４Ａに示すように、磁気センサ１００と支持体２０とは接触している。これにより、磁気センサ１００と硬磁性層１０との距離は、支持体２０により規定される。従って、磁気センサ１００と硬磁性層１０との間の距離を一定に保つことができる。

図４Ｂに示すように、磁石シート１は、弾性を有した接着層Ｂ１により被検出体２００に取り付けられている。接着層Ｂ１は、例えば、変成シリコン系の接着剤が硬化したものである。
接着層Ｂ１は、磁石シート１の厚み方向で伸縮するように弾性変形可能である。これにより、磁気センサ１００の移動時における、磁石シート１との接触による摩擦力を低減することができる。

図５Ａに示すように、軟磁性体３００が磁石シート１と被検出体２００とに挟まれるようにして、磁石シート１は被検出体２００に取り付けられている。軟磁性体３００は、軟磁性材により形成され板状である。軟磁性体３００は、硬磁性層１０のバックヨークとして機能する。これにより、硬磁性層１０の磁束密度が大きくなる。

また、図５Ａに示すように、軟磁性体３００は軟磁性材料製であるので、磁石シート１は硬磁性層１０の磁力により軟磁性体３００に取り付けられている。また、被検出体２００が軟磁性材料製の場合には、軟磁性体３００は硬磁性層１０と被検出体２００との間に生じる磁力によって保持される。このように、磁石シート１の磁力を利用して、磁石シート１が軟磁性体３００に取り付けられ、軟磁性体３００は被検出体２００に取り付けられている。
尚、軟磁性体３００の被検出体２００への取付方法は、接着剤、両面テープ、ネジ止め、被検出体２００との物理的な係合、の何れであってもよい。

図５Ｂに示すように、磁石シート１ａは、弾性体３０を有している。弾性体３０は、硬磁性層１０と被検出体２００との間に位置する。弾性体３０は、被検出体２００に接着層Ｂにより接着されている。軟磁性体３００は、弾性体３０に接着層Ｂにより接着されている。弾性体３０は、シート状のスポンジである。支持体２０と磁気センサ１００とは接触している。弾性体３０は、磁石シート１ａの厚み方向で伸縮するように弾性変形可能である。このため、磁石シート１ａと磁気センサ１００との間に生じる摩擦力を低減できる。尚、この場合には、弾性体３０と軟磁性体３００とを両面テープで固定してもよい。弾性体３０と被検出体２００とを両面テープで固定してもよい。弾性体３０は、ゴムであってもよい。

図６Ａに示すように、被検出体２００が軟磁性材により形成されている場合には、磁石シート１の硬磁性層１０の磁力により、直接被検出体２００に磁石シート１を取り付けてもよい。また、この場合、被検出体２００が硬磁性層１０のバックヨークとして機能する。尚、被検出体２００は、全体が軟磁性材で形成されている必要はなく、少なくとも磁石シート１が取り付けられる部分が軟磁性材で形成されていればよい。

図６Ｂに示すように、磁石シート１ｂは、軟磁性層４０を有している。磁石シート１ｂは、支持体２０、硬磁性層１０、軟磁性層４０の順に形成されている。軟磁性層４０は、金属粉を含有した樹脂を硬化させたものである。軟磁性層４０は、支持体２０上に形成された硬磁性層１０の上にスクリーン印刷により形成される。軟磁性層４０は、硬磁性層１０のバックヨークとして機能する。尚、軟磁性層４０と被検出体２００とを接着などすることにより、磁石シート１ｂを被検出体２００へ取り付ける。

次に、磁石シートの取付方法について説明する。図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、８Ａ、８Ｂ、８Ｃは、磁石シートの取付方法の説明図である。
図７Ａに示すように、磁石シート１ｃは、支持体２０ｃを有している。磁石シート１ｃは、支持体２０ｃ、２０、硬磁性層１０の順に形成されている。支持体２０ｃは、支持体２０よりも厚く、可撓性を有している。支持体２０ｃは、支持体２０と材質が同一であってもよいし、異なっていてもよい。作業者は、図７Ｂに示すように、硬磁性層１０を被検出体２００に接着層Ｂにより取り付けた後、図７Ｃに示すように、支持体２０ｃを支持体２０から剥離する。このように、支持体２０ｃは支持体２０よりも厚いので、支持体２０ｃを剥離前における磁石シート１ｃの厚みが増し、磁石シート１の取り付け作業が容易となる。

尚、支持体２０ｃと支持体２０との間には、接着層が形成されているが図示は省略してある。支持体２０ｃと支持体２０との接着力は、接着層Ｂよりも弱い。これにより、磁石シート１ｃを被検出体２００に取り付けた後に、支持体２０ｃのみを剥離させることができる。

支持体２０ｃと支持体２０との間に形成される接着層は、例えば、支持体２０ｃ又は支持体２０の一方の面に接着剤を部分的に塗布して両者を貼りあわせることにより形成される。この接着層の材料となる接着剤は、例えばアクリル系のものである。

図８Ａに示すように、磁石シート１ｄは、支持体２０ｄを有している。支持体２０ｄ、硬磁性層１０の順に形成されている。支持体２０ｄは、上述した支持体２０よりも厚く形成されている。硬磁性層１０は、支持体２０ｄ上に形成されている。図８Ｂに示すように、作業者は、硬磁性層１０を被検出体２００に取り付けた後、図８Ｃに示すように、支持体２０ｄを硬磁性層１０から剥離する。これによっても、磁石シート１ｄの取り扱いが容易となる。

尚、磁石シート１ｄの製造工程においては、硬磁性層１０が形成される側の支持体２０ｄの面に、硬磁性層１０を形成する前に予め離型剤などを塗布しておく。これにより、硬磁性層１０からの支持体２０ｄの剥離が容易となる。

次に、磁石シート１の製造工程について説明する。図９Ａ〜９Ｃは、磁石シートの製造方法の説明図である。図９Ａは、製造工程途中の状態を示した正面図であり、図９Ｂは、製造工程の途中の状態を示した断面図である。まず、所定の大きさを有した支持体２０の一方側の面に、磁性樹脂層１４をスクリーン印刷により形成する。磁性樹脂層１４は、磁性粉を含有した樹脂である。磁性粉はＳｍＦｅＮ系、フェライト系、ＳｍＣｏ系、又はＮｄＦｅＢ系である。磁性樹脂層１４に使用される樹脂は、熱硬化性を有している。磁性樹脂層１４に樹脂は、ポリエステル系であってもよいし、アクリル系、ウレタン系であってもよい。尚、磁性樹脂層１４に使用される樹脂は、紫外線硬化性のものであってもよい。

樹脂に磁性粉を混合して、この樹脂をローラーミルにより攪拌する。その後、支持体２０の一方側の面に、磁性樹脂層１４をアレイ状に印刷する。各磁性樹脂層１４は、正面から見て矩形状である。隣接する磁性樹脂層１４の間には、所定の隙間を確保する。

次に、磁性樹脂層１４の間に樹脂層１８をスクリーン印刷する。これにより、図９Ａ、図９Ｂに示すように、磁性樹脂層１４の間に樹脂層１８が形成される。樹脂層１８は、熱硬化性を有しており、硬化後に可撓性を有する。磁性樹脂層１４、樹脂層１８は、上述した硬磁性層１０に相当する。

このようにして樹脂層１８、磁性樹脂層１４が形成された支持体２０をオーブンなどで加熱して、磁性樹脂層１４の樹脂、樹脂層１８を硬化させる。次に、隣接する磁性樹脂層１４が互いに異なる極性を有するように着磁する。その後、図９Ａに示した一点鎖線Ｌ１に沿って、この部材をカットする。この部材のカットは、裁断機やプレス機を用いてもよい。このようにして裁断されると、図９Ｃに示すように磁石シート１が製造される。

また、上述したように樹脂層１８は、硬化後に可撓性を有する。従って、磁石シート１を、隣接する磁性樹脂層１４の間（図９Ｃに示した一点鎖線Ｌ２）で折り曲げることができる。これにより、磁石シート１は長手方向に湾曲させることができる。例えば、被検出体の曲面の部分に磁石シート１を取り付けることができる。また、隣接する磁性樹脂層１４の間で折り曲げられるように、被検出体の２面に亘って磁石シート１を取り付けることができる。このように、磁石シート１は、取り付け位置の自由度が向上している。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、変形・変更が可能である。

スクリーン印刷により支持体２０上に硬磁性層１０を形成したが、メタルマスクにより形成してもよい。

本実施例の磁気センサ装置は、例えばロボットなどに用いてもよい。

１〜１ｄ 磁石シート
１０ 磁性層
１１ 第１面
１２ 第２面
１４ 磁性樹脂層
１８ 樹脂層
２０、２０ｃ、２０ｄ 支持体
３０ 弾性体
４０ 軟磁性層
１００ 磁気センサ
２００、２００ａ 被検出体
３００ 軟磁性体
Ｂ、Ｂ１ 接着層

Claims (5)

1. 相対移動可能な磁気センサ及び被検出体と、
   前記磁気センサと対向するように前記被検出体に取り付けられた磁石シートと、を備え、
   前記磁石シートは、非磁性材により形成された支持体、前記支持体上に形成され磁性粉を含有した樹脂により形成され異なる極性に着磁された硬磁性層、を含み、
   前記硬磁性層は、前記被検出体側に位置し、
   前記支持体は、前記磁気センサ側に位置している、磁気センサ装置。
2. 前記支持体は、前記磁気センサに接触している、請求項１の磁気センサ装置。
3. 前記硬磁性層と前記被検出体との間に弾性部材が設けられている、請求項２の磁気センサ装置。
4. 前記磁石シートは、前記硬磁性層上に形成された軟磁性層を含む、請求項１乃至３何れかの磁気センサ装置。
5. 前記磁石シートは、軟磁性材料に取り付けられている、請求項１又は２の磁気センサ装置。

Images