JP2012098260A - 磁気式リニアエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気式リニアエンコーダのスケールは一定間隔でＮ極、Ｓ極が繰り返し着磁された永久磁石が使用されるのが一般的であるが、長尺になると長い磁石を作る必要があり、磁石の製造が困難となり、さらに磁石と一般金属材料との熱膨張率の差から温度上昇により位置検出精度が劣化する。
【解決手段】移動する検出対象物に検出部と磁石を取り付け、スケールは交互に間隔を開けて設けられた多数の第１のヨーク板と第２のヨーク板よりなり、着磁された移動する磁石により第１のヨーク板および第２のヨーク板が互いに異極に着磁され、検出部が着磁されたヨークの磁場を検出する構成とする。これにより多数のヨークを積層する事により長尺のスケールを構成でき、磁石を長尺とする必要がない。またヨークは軟磁性金属であるため、昇温時の磁性材料と構造用金属の熱膨張率の差による検出精度の低下がない。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気式リニアエンコーダに関し、特に、プリンターの印刷ヘッド送りの位置検出等に使用される長尺の磁気式リニアエンコーダに関する。

プリンターでは印刷品質を高めるために印刷ヘッドの位置を検出する必要があり、印刷ヘッドの位置検出用にはエンコーダが使用されることが多い。このような用途のエンコーダではロータリーエンコーダまたはリニアエンコーダが使用される。

リニアエンコーダのうち磁気式リニアエンコーダを使用する場合には、プリンターの本体に位置情報が記録された磁気スケールを取り付け、印刷ヘッドを搭載したキャリッジに検出部を搭載し、印刷ヘッドと共に移動する検出部で磁気スケールの位置情報を検出する方式が一般的である。この方式は印刷ヘッドの位置を直接検出できるので、検出方式としては優れているが、反面磁気式リニアエンコーダの検出範囲を印刷ヘッドの移動範囲より広くする必要があり、特に大判のプリンターでは長尺の磁気式リニアエンコーダが必要となり、使用する磁気スケールも長尺となる。

磁気式リニアエンコーダの磁気スケールには一定間隔でＮ極，Ｓ極が繰り返し着磁された永久磁石が使用されるのが一般的であるが、永久磁石は長さが異なると専用の加工設備，着磁設備が必要である。さらに、長尺の磁気スケールに使用される長尺の磁石を製作するには加工設備，着磁設備とも大型化し、磁石の製造設備の整備は困難となる。また、磁石と一般金属材料とでは熱膨張率が異なることから、長尺の磁石では温度上昇時の磁石と周囲の機構部品の熱膨張量の差による位置検出精度の劣化も課題となる。

磁気式リニアエンコーダの磁石の製造にかかる課題を解決するために、例えば、特許文献１に開示される構成が知られている。このような磁気式リニアエンコーダでは、磁気スケールを例えば２分割しそれぞれの磁気スケールに磁気センサーを設け、２個の磁気スケールの接合部での２つの磁気センサーの出力信号を処理することにより１つの長尺の磁気スケールと同等な検出動作を確保している。

特開平６−１４７９２３号公報

しかし、特許文献１に開示されている構成では２個の磁気スケールの接合部では、２つの磁気センサーからの出力信号には、抵抗値−電圧変換，電圧−パルス変換，位相差検出，位相差補正，出力信号選択の一連の処理が必要で、処理回路が複雑となる。

また、長尺の磁気スケールを２分割しても磁気スケールの長さは半分となるのみで、求められる検出範囲が非常に充分に広い場合には磁気スケールはやはり長尺となり、専用の大型加工設備等の整備が必要で磁気スケールを容易には製造することはできない。

さらに、磁石と一般金属材料の熱膨張率の差による温度上昇時の位置検出精度の劣化は解決されないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は長尺の磁気スケールが容易に製造でき、温度が上昇しても位置検出精度の低下が少ない磁気式リニアエンコーダを提供するところにある。

上記目的を達成するために、本発明は、磁力線の向きが一定間隔で反転する磁気パターンを有する直線状の磁気スケールと、磁気スケールに沿って移動可能に保持された検出対象物と、検出対象物に取り付けられ磁気パターンに近接して移動し磁気パターンの磁力線の向きを検出する検出部と、を有する磁気式リニアエンコーダにおいて、検出対象物には磁石が搭載されており、
磁気スケールは、複数の第１のギャップ磁極を有し、磁石の一方の磁極と近接配置される第１のヨークと、複数の第２のギャップ磁極を有し磁石の他方の磁極と近接配置される第２のヨークとを具備し、複数の第１のギャップ磁極と複数の第２のギャップ磁極は検出対象物の移動方向に所定の間隔で直線状に交互に配置されており、検出対象物と共に移動する磁石が検出対象物近傍の第１のギャップ磁極を第１のヨークを介して一方の極に磁化し検出対象物近傍の第２のギャップ磁極を第２のヨークを介して他方の極に磁化することにより、交互に配置された一方の極に帯磁した複数の第１のギャップ磁極と他方の極に帯磁した複数の第２のギャップ磁極の間を流れる磁力線の向きが一定間隔で反転する磁気パターンを検出対象物近傍に発生させることを特徴とする構成に特徴を有する。

これにより、本発明では検出対象物と共に移動する磁石が検出対象物近傍の第１のヨークおよび第２のヨークを磁化するため、磁気スケールが長尺となっても磁石を長くする必要がないので長尺磁石製造用の大型の製造設備を整備する必要がなく、長尺の磁気スケールの製造が容易となる。さらに、ヨークの材質は軟磁性の金属であるため、磁気スケールの熱膨張率が一般的な構造用金属材とほぼ同等になり、磁性材料と構造用金属の熱膨張率の差による検出精度の低下を回避できるので、温度が上昇しても位置検出精度の低下が少ない磁気式リニアエンコーダを提供できる。

また、本発明では、第１のヨークは複数の第１のヨーク板で構成され、第２のヨークは複数の第２のヨーク板で構成され、第１のヨーク板と前記第２のヨーク板は所定の間隔で積層されていることに特徴を有する。

これにより、本発明では多数の第１のヨーク板と第２のヨーク板を所定の間隔で積層することにより長尺の磁気スケールを構成することができ、第１のヨーク板および第２のヨーク板の加工には大型の製造設備は必要ないので、容易に長尺の磁気スケールを製作できる。
また、第１のヨーク板および第２のヨーク板の積層枚数を増減しガイドシャフトおよび固定用のネジの長さを変更することにより種々の長さの磁気スケールを製作することができるため、自由な長さの磁気式リニアエンコーダが容易に製作できる。

また、本発明では、第１のヨークと第２のヨークは、検出対象物が移動する方向に沿ってそれぞれ櫛歯を有する第１の櫛歯ヨーク板および第２の櫛歯ヨーク板であり、第１の櫛歯ヨーク板の櫛歯が第１のギャップ磁極となり、第２の櫛歯ヨーク板の櫛歯が第２のギャップ磁極となることに特徴を有する。

これにより、本発明は第１の櫛歯ヨーク板および第２の櫛歯ヨーク板でヨークが構成されるため部品点数の削減がはかれ、組み立ても容易となる。さらに第１の櫛歯ヨーク板および第２の櫛歯ヨーク板は汎用の加工機械で製作することができるので専用の製造設備を製作する必要がなく、長尺の磁気スケールを容易に製作できる。

また、本発明では検出部が巨大磁気抵抗素子を有することに特徴を有する。

巨大磁気抵抗素子は磁場強度が小さくても磁力線の向きを検出できる。これにより、巨大磁気抵抗素子を検出部に使用する本発明では、反転する磁気パターンの磁力線の向きを精度良く検出でき、安定した位置検出が可能となる。また、磁場強度が小さくても磁力線の向きを検出できるため、磁石を小型，軽量にすることができる。

以上により、本発明では検出対象物と共に移動する磁石が検出対象物近傍の第１のヨークおよび第２のヨークを磁化するため、磁気スケールが長尺となっても磁石を長くする必要がないので長尺磁石製造用の大型の製造設備を整備する必要がなく、長尺の磁気スケールの製造が容易となる。さらに、ヨークの材質は軟磁性の金属であるため、磁気スケールの熱膨張率が一般的な構造用金属材とほぼ同等になり、磁性材料と構造用金属の熱膨張率の差による検出精度の低下を回避できるので、温度が上昇しても位置検出精度の低下が少ない磁気式リニアエンコーダを提供できる。

本発明の第１の実施形態にかかる磁気式リニアエンコーダの外観図である。 上記第１の実施形態の磁気式リニアエンコーダを製品背面側から見た分解外観図である。 上記第１の実施形態の磁石の外観図であり、（ａ）は上面側から見た外観図、（ｂ）は下面側から見た外観図である。 上記第１の実施形態の磁気式リニアエンコーダの検出部である磁気センサーの内部構成を示す図である。 上記第１の実施形態の磁気式リニアエンコーダのスケールブロックの構造を示す分解外観図である。 上記第１の実施形態のスペーサーの外観図であり、（ａ）は一方側から見たときの外観図、（ｂ）は他方側から見たときの外観図である。 上記第１の実施形態の磁気式リニアエンコーダの背面の要部を示す図である。 上記第１の実施形態のスケールブロックの部分外観図である。 上記第１の実施形態のスケールブロックの磁力線の流れを説明する図である。 上記第１の実施形態の磁気式リニアエンコーダの図１のＡ−Ａ断面図である。 上記第１の実施形態の磁気式リニアエンコーダのヨークとＧＭＲセンサー素子の配置状態を示す模式図である。 上記第１の実施形態の磁気式リニアエンコーダの磁気センサーの位置とＧＭＲセンサー素子の抵抗値変化の関係を示す模式図であり、（ａ）はＧＭＲセンサー素子が全て低抵抗となる場合、（ｂ）はＧＭＲセンサー素子が全て高抵抗となる場合、（ｃ）はＡ相側のＧＭＲセンサー素子が低抵抗となり、Ｂ相側のＧＭＲセンサー素子が高抵抗となる場合、（ｄ）はＧＭＲセンサー素子が全て低抵抗となる場合、（ｅ）はＡ相側のＧＭＲセンサー素子が高抵抗となり、Ｂ相側のＧＭＲセンサー素子が低抵抗となる場合、（ｆ）はＧＭＲセンサー素子が全て高抵抗となる場合である。 上記第１の実施形態の磁気式リニアエンコーダの磁気センサーの位置による磁気センサー出力の変化を示す図である。 本発明の第２の実施形態にかかる磁気式リニアエンコーダの外観図である。 上記第２の実施形態の磁気式リニアエンコーダの櫛歯ヨーク板の組み込み状態を示す図１４のＢ−Ｂで切断したときの外観図である。 上記第２の実施形態のセンサーブロックの外観図であり、（ａ）は組み立て状態の外観図、（ｂ）は分解外観図、（ｃ）は磁石側から見た分解外観図である。 上記第２の実施形態の磁気式リニアエンコーダの分解外観図である。 上記第２の実施形態のスケールブロックの磁力線の流れを説明する図である。 上記第２の実施形態の磁気式リニアエンコーダの図１４のＣ−Ｃ断面図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について図１から図９を参照し説明する。なお、本発明の第１の実施形態では磁気式リニアエンコーダ部分に関してのみ記述し、プリンター等の適用製品に組み込む際に必要となる適用製品への取り付け構造や印刷ヘッドの取り付け部等は記述しない。

本発明の第１の実施形態にかかる磁気式リニアエンコーダの外観斜視図を図１に示す。

本発明の第１の実施形態にかかる磁気式リニアエンコーダは、磁力線の向きが一定間隔で反転する磁界を発生させるスケールブロック２００と、スケールブロック２００に固定されスケールブロック２００に並行して設置された２本のガイドシャフト５と、ガイドシャフト５に摺動可能に保持されたセンサーブロック１００により構成される。

なお、以下の説明では磁力線の向きが一定間隔で反転する磁界を磁気パターンと記述する。

スケールブロック２００は、後述する磁石４から出た磁束により交番する磁界を作り出す磁気回路を持った組み立て部品である。

センサーブロック１００は磁気式リニアエンコーダの検出方向に移動可能で、移動に対応して位置を検出するとともに、後述する磁石４を保持し移動させる組み立て部品である。

図２は製品背面側より見た、磁気式リニアエンコーダの構造を示す分解外観斜視図である。

センサーブロック１００は、磁石４と、磁気センサー（検出部）３と、磁石４を保持する磁石ホルダー２と、磁気センサー３と磁石ホルダー２を保持するセンサーホルダー１と、により構成される。

センサーホルダー１は成形材料等の非磁性材で形成された、断面が略コの字形状の部品で、コの字形状の上下の面の端部付近に磁石ホルダー２を固定する穴部１ａを有し、コの字形状の中間面の略中央に磁気センサー３を固定するセンサー固定部１ｂを有する。また、本体面の外側面には２本のガイドシャフト５を挿入する４カ所の丸穴部を有する。

なお、本発明の第１の実施形態にかかる磁気式リニアエンコーダをプリンター等の適用製品に組み込む場合は、センサーホルダー１に印刷ヘッド等の取り付け部を追加する。

磁石ホルダー２は成形材料等で形成された略板状の部品で、上下辺にセンサーホルダー１への固定用突出部２ａを有し、左右辺の略中央部に磁石４を保持する２つの腕部２ｂを有する。

磁石４はフェライト磁石等で形成された略直方形状の永久磁石で、図２に示す方向で上下方向に着磁されており、上面４ａがＮ極で、下面４ｂがＳ極である。

磁石４の幅方向の両側面は磁石ホルダー２の腕部２ｂにより保持され、センサーブロック１００がガイドシャフト５に沿って移動させられると磁石ホルダー２も移動し磁石４も移動する。

図３は磁石４の外観図で、（ａ）は磁石４を上面側から見た外観図、また（ｂ）は磁石４を下面側から見た外観図である。
磁石４の上面４ａには、図３の（ａ）に示すように、移動方向Ｄに平行な辺の中間部を１辺とする長方形の２つの逃げ部４ｃが設けられている。また、磁石４の下面４ｂには、図３の（ｂ）に示すように、移動方向Ｄに平行な辺の中間部を１辺とする長方形の２つの逃げ部４ｄが設けられており、さらに２つの逃げ部４ｄに挟まれる平面の一部を僅かに窪ませ、窪み部４ｅが設けられている。

磁気センサー３はＧＭＲを使用したセンサーで、図４に示すように、２個のＧＭＲセンサー素子（巨大磁気抵抗素子）３ａと２個の固定抵抗３ｂで構成されるブリッジ回路を２組有している。

ＧＭＲセンサー素子３ａは、外部磁界の磁力線が特定の方向でＧＭＲセンサー素子３ａを通過するときは低抵抗となり、外部磁界の磁力線の方向が特定の方向の逆方向になると高抵抗となる特性を有している。
各ＧＭＲセンサー素子３ａの抵抗値が変化すると、ブリッジ回路出力の電圧が変化する。

各ブリッジ回路の出力はそれぞれアンプ３ｃにて適切な電圧に増幅され、コンパレータ３ｄにより２値化され磁気センサー出力となる。２組のブリッジ回路出力から作られた２つの磁気センサー出力の一方をＡ相出力（Ａ ＯＵＴ）、他方をＢ相出力（Ｂ ＯＵＴ）と呼称する。

磁気センサー３は、ＧＭＲセンサー素子３ａがスケールブロック２００により作られた磁気パターン内を通過すると、磁力線の方向が変化するたびに出力状態が反転する。

本発明の第１の実施形態では各々のブリッジ回路のＧＭＲセンサー素子３ａの抵抗値が低いときに各ブリッジ回路の出力はＬＯＷとなり、抵抗値が高いときに出力はＨＩＧＨとなる。

次にスケールブロック２００の構成部品を、図５を参照し説明する。図５は説明のためにスケールブロック２００の一部の構成部品を分解して図示した外観斜視図である。

スケールブロック２００は両端部の側板６と、側板６の間に繰り返し積層された第１のヨーク板７および第２のヨーク板８とスペーサー９、および両端の側板６を締結する４本の固定ネジ１０で構成される。

第１のヨーク板７と第２のヨーク板８の厚さは同一としてあり、隣接する２枚の第１のヨーク板７の間にはスペーサー９が挟まれており、隣接する２枚の第２のヨーク板８の間にもスペーサー９が挟まれている。これにより隣接する２枚の第１のヨーク板７間の距離と隣接する２枚の第２のヨーク板８間の距離は同一となる。

以降、隣接する２枚の第１のヨーク板７間の距離および隣接する２枚の第２のヨーク板８間の距離をヨークピッチｐと記述する。

側板６は成形材料等の非磁性材にて形成されており、板状の端部６ａと、端部６ａから部分的に突出した積層端部６ｂからなる。積層端部６ｂの端面は分割された高さの違う２つの面を有し、端面の上側の略半分は第１のヨーク板７を組み込む第１組み込み面６ｃとなり、下側の略半分は第２のヨーク板８を組み込む第２組み込み面６ｄとなり、第１組み込み面６ｃと第２組み込み面６ｄにはそれぞれ２つの位置決め部６ｅを有する。また、端部６ａの積層端部６ｂから突出した部分にはガイドシャフト５保持用の２つの丸穴を有する。

第１組み込み面６ｃと第２組み込み面６ｄにそれぞれ２カ所ずつ設けられた位置決め部６ｅは、円筒形状を６分割し、うち３カ所を突出させ爪部とし、他の３カ所を窪み部としており、爪部は隣接するヨークの丸穴部を貫通し、さらに次のスペーサー９の位置決め部９ａの窪み部に嵌合する。

第１組み込み面６ｃと第２組み込み面６ｄとの間にはヨークピッチｐの半分の段差を設けてあり、第１組み込み面６ｃと第２組み込み面６ｄに各々第１のヨーク板７と第２のヨーク板８を組み付けることにより、第１のヨーク板７と第２のヨーク板８の間に所定の隣接ヨーク間ピッチ１／２ｐが得られる。

各位置決め部６ｅの中央にはそれぞれ固定ネジ１０貫通用の丸穴が設けられており、計４つの位置決め部６ｅのうち対角の２つの位置決め部６ｅの丸穴には固定ネジ１０締結用のネジ穴が設けられており、他の２つの位置決め部６ｅの丸穴の外側面側には固定ネジ１０の頭部を収納する底付きの丸穴が設けられている。

なお、本発明の第１の実施形態にかかる磁気式リニアエンコーダをプリンター等の適用製品に組み込む場合は、側板６にプリンター等への取り付け部を追加する。

第１のヨーク板７は軟鉄等の軟磁性体で略Ｌ字形状に形成されており、Ｌ字形の本体部分には側板６またはスペーサー９の位置決め部６ｅ，９ａが貫通する２つの丸穴部が設けられ、Ｌ字形の先端側は徐々に幅が減少し、先端部には磁極部７ａを有する。同様に第２のヨーク板８は軟鉄等の軟磁性体で略Ｌ字形状に形成されており、Ｌ字形の本体部分には側板６またはスペーサー９の位置決め部６ｅ，９ａが貫通する２つの丸穴部が設けられ、Ｌ字形の先端側は徐々に幅が減少し、先端部には磁極部８ａを有する。

なお、第１のヨーク板７と第２のヨーク板８は同一部品で、組み込み方向を逆としたのみである。

スペーサー９は、図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、成形樹脂等の非磁性材料にて略Ｌ字形状に形成されており、Ｌ字形の本体部分の板厚方向の両端面にはそれぞれ２つの位置決め部９ａを有し、Ｌ字形の本体部分の側面のうちの長手方向の側面の一方には、側面の長手方向の両端部にそれぞれ２つの小突出部９ｂ有する。

スペーサー９の両端面の位置決め部９ａは、図５に示す側板６の位置決め部６ｅと同様に、円筒形状を６分割し、うち３カ所を突出させ爪部とし、他の３カ所を窪み部としている。６分割した円筒形状のうち、一方の端面で爪部とした３カ所は他方の端面では窪み部とし、一方の端面で窪み部とした３カ所は他方の端面では爪部としている。
これによりスペーサー９は同一の部品を使用して中間にヨークを挟みながら連続して積層することができる。また、２つの位置決め部９ａの中央にはそれぞれ固定ネジ１０貫通用の丸穴が設けられている。

次に図５を参照に、組み立て順序に従いスケールブロック２００の構造を説明する。

まず、一方の側板６（図５では図中左上側の側板）の第１組み込み面６ｃに第１のヨーク板７を取り付け、第２組み込み面６ｄに第２のヨーク板８を取り付ける。このとき第１組み込み面６ｃおよび第２組み込み面６ｄのそれぞれの位置決め部６ｅの爪部は第１のヨーク板７および第２のヨーク板８のそれぞれの丸穴を貫通し、僅かに突出する。

次に側板６に取り付けられた第１のヨーク板７および第２のヨーク板８の端面に各々スペーサー９を取り付ける。このとき第１のヨーク板７および第２のヨーク板８の端面から僅かに突出している側板６の位置決め部６ｅの爪部は、取り付けたスペーサー９の取り付け面側の位置決め部９ａの窪み部と嵌合し、取り付けたスペーサー９の取り付け面側の位置決め部９ａの爪部はヨークの丸穴部を貫通し、側板６の位置決め部６ｅの窪み部と嵌合する。

したがって第１のヨーク板７および第２のヨーク板８の端面に取り付けられたスペーサー９は側板６に対し位置決めされ、第１のヨーク板７および第２のヨーク板８の丸穴の位置精度には影響されないので、スケールブロック２００の組み立て精度を維持しやすくなる。

なお、第１のヨーク板７および第２のヨーク板８に各々取り付けるスペーサー９は同一部品で、組み込み方向を逆としたのみである。

次に、取り付けられた第１のヨーク板７に取り付けられたスペーサー９および第２のヨーク板８に取り付けられたスペーサー９の端面に、それぞれ次の第１のヨーク板７および次の第２のヨーク板８を取り付ける。

以降、順次スペーサー９、第１のヨーク板７、第２のヨーク板８を必要な回数だけ積層し、最後に他方の側板６を取り付け、他方の側板６の位置決め部６ｅの爪部を最後のヨークの丸穴部および最後のスペーサー９の位置決め部９ａの窪み部に組み込む。

最後に４本の固定ネジ１０を、一方側の側板６に２本、他方側の側板６に２本挿入し、それぞれ反対側の側板６のネジ穴に締めつける。

なお、一方側の側板６と他方側の側板６は同一部品で、組み込み方向を逆としたのみである。

以上でスケールブロック２００の組み立てが完了し、長手方向の側面の一方側に第１のヨーク板７の磁極部７ａと第２のヨーク板８の磁極部８ａがスペーサー９を挟んで整列し、他方側には第１のヨーク板７の本体部の一方の側面と、第２のヨーク板８の本体部の一方の側面と、複数の第１のヨーク板７および複数の第２のヨーク板８の間に挟まれて保持されているスペーサー９の本体部の一方の側面とで構成される溝形状が形成される。

以降、磁極部７ａ，８ａが整列している一方側をスケールブロック２００の前面側と記述し、溝形状が形成されている他方側を背面側と記述する。また背面側の溝形状を磁石溝部２００ｄと記述する。

上記のように、スケールブロック２００はスペーサー９と第１のヨーク板７および第２のヨーク板８を必要な回数だけ順次積層することにより、任意の長さに製作することが可能で、自由な長さのエンコーダが容易に製作できる。また、長尺の部品や大型の製造設備を製作する必要がないので、長尺の磁気スケールが容易に製作ができる。

また、第１のヨーク板７および第２のヨーク板８を同一形状とし、第１のヨーク板７に組み付けるスペーサー９と第２のヨーク板８に組み付けるスペーサー９を同一部品とし、さらに、両端の側板６も同一部品としたので、製作する部品の種類が少なくて済み、整備する製造設備の数が抑制できる。

次に、図２を参照し、スケールブロック２００へのセンサーブロック１００の組み込み方法を解説する。

センサーブロック１００の磁気センサー３と磁石４はスケールブロック２００を挟んで対向した位置に配置されるため、センサーブロック１００は下記のステップで組み立てる。
（１）センサーホルダー１のセンサー固定部１ｂに磁気センサー３を取り付ける。
（２）磁気センサー３を取り付けたセンサーホルダー１を２本のガイドシャフト５でスケールブロック２００に取り付ける。
（３）スケールブロック２００の背面側の磁石溝部２００ｄに磁石４を入れる。
（４）磁石４の移動方向の端面を磁石ホルダー２の腕部２ｂで保持しながら、磁石ホルダー２の固定用突出部２ａをセンサーホルダー１の穴部１ａに挿入する。

以上でスケールブロック２００へのセンサーブロック１００の組み込みは完了する。

次に磁石４が磁石溝部２００ｄ内を摺動するときの摺動ガイド構造を記述する。

図７は磁石４が組み込まれた状態を示す、磁気式リニアエンコーダの背面の要図である。ただし、理解を容易とするため磁石ホルダー２は想像線にて記載している。

磁石４は移動方向には磁石ホルダー２の腕部２ｂで保持されており、センサーブロック１００が移動すると、磁石ホルダー２の腕部２ｂにより磁石４も移動させられる。しかし、磁石４は移動方向に直交する上下方向は磁石溝部２００ｄの内側面で摺動可能に保持され、移動方向および上下方向に直交する前後方向は磁石溝部２００ｄの内底面と磁石ホルダー２の本体部の一面で保持される。

磁石４の上面４ａおよび下面４ｂはそれぞれ金属材料で形成された第１のヨーク板７および第２のヨーク板８と対向しており、磁石４と第１のヨーク板７および第２のヨーク板８との間には磁力による吸着力が発生し、磁石４の上面４ａは磁石４を上方向に持ち上げる方向の力を受け、磁石４の下面４ｂは磁石４を下方向に引き下げる方向の力を受ける。

磁石４の上面４ａが受ける上向きの吸着力と下面４ｂが受ける下向きの吸着力が等しければ、磁石４を保持する磁石溝部２００ｄの内側面には荷重はかからないが、実際の製品では磁石４が移動する全範囲で上向きの吸着力と下向きの吸着力を等しく保つことは困難で、磁石溝部２００ｄの内側面には上向きの吸着力と下向きの吸着力の差による荷重がかかる。

このため、スペーサー９の一方の側面に小突出部９ｂを設け、小突出部９ｂを磁石溝部２００ｄの内側面に最も突出させた。

これにより磁石溝部２００ｄの内側面には、第１のヨーク板７の本体部の一方の側面と、第２のヨーク板８の本体部の一方の側面と、複数の第１のヨーク板７の間に挟まれて保持されたスペーサー９の本体部の一方の側面と、複数の第２のヨーク板８の間に挟まれて保持されたスペーサー９の本体部の一方の側面が露出するが、これらのうちスペーサー９の一方の側面に設けられた小突出部９ｂが磁石溝部２００ｄの内側面に最も突出する

従って、磁石４は成形材で製作されたスペーサー９の小突出部９ｂに当接して移動するため、磁石４に荷重がかかった状態で磁石４が磁石溝部２００ｄの内側面を移動しても、磁石４が金属材で製作された第１のヨーク板７および第２のヨーク板８と当接して移動する場合と比べて、移動の抵抗が少なくなり、また当接部の損耗も少なくなるので長寿命化がはかれる。

また、本発明の第１の実施形態に係る磁気式リニアエンコーダでは、磁石４の上面４ａおよび下面４ｂには、スペーサー９の小突出部９ｂと接触する範囲のみに、それぞれ逃げ部４ｃ，４ｄが設けられている（図３の（ａ）および（ｂ）参照）。

これにより、磁石４の上面４ａおよび下面４ｂの逃げ部４ｃ，４ｄは小突出部９ｂとは接触せず、磁石４の上面４ａおよび下面４ｂの全体が多数の小突出部９ｂと接触することが回避できるので、摺動時の摩擦抵抗が軽減される。

なお、さらなる長寿命化が求められる場合は、スペーサー９を形成する成形材料を対金属の摩耗耐性に優れる、例えばナイロン，ポリアセタール等の成形材料とすることで対応が可能である。または、小突出部９ｂ部に対金属の摩耗耐性に優れる成形材料で形成した別部品を取り付けても良い。

なお、スペーサー９の小突出部９ｂの、第１のヨーク板７の本体部の一方の側面および第２のヨーク板８の本体部の一方の側面からの突出量は、部品加工精度を考慮した最小の量としてあるため、磁石４から第１のヨーク板７に流れる磁力線および第２のヨーク板８から磁石４に戻る磁力線の減少は最小におさえられる。

ところで、磁石４の下面４ｂには磁石４の自重がかかり、これにより磁石４の下面４ｂはスペーサー９の小突出部９ｂと接触するが、磁石４の上面４ａとスペーサー９の小突出部９ｂは接触せず隙間ができる。この結果、磁石４の下面４ｂから第２のヨーク板８までの距離は磁石４の上面４ａから第１のヨーク板７までの距離より近くなり、磁石４を下方向に引き下げる力が磁石４を上方向に持ち上げる力より大きくなり、磁石４の下面４ｂを保持する小突出部９ｂには更に大きな荷重がかかる。

上記の磁石４を下方向に引き下げる力を軽減するため、本発明の第１の実施形態では、磁石４の下面４ｂに窪み部４ｅを設けている。これにより磁石４の下面４ｂから第２のヨーク板８までの距離が拡大し、磁石４が下方に引き下げられる力が小さくなり、磁石４を上方向に持ち上げる力と磁石４を下方向に引き下げる力の差が小さくなる。その結果、小突出部９ｂへの磁石４の下面４ｂの荷重が軽減され、寿命の低下が回避される。

なお、上記の磁石４の窪み部４ｅはリニアエンコーダを用途先製品に組み込んだ状態で下方となる磁石面に設ける必要があるため、リニアエンコーダが用途先製品に上下逆に組み込まれる場合には窪み部４ｅは磁石４の上面４ａに設け、リニアエンコーダが用途先製品に水平に組み込まれる場合には窪み部４ｅは不要である。

次に図８および図９を参照し、スケールブロック２００の磁界の状況を説明する。

図８は組み立てられたスケールブロック２００の端部側の部分外観斜視図である。スケールブロック２００の上面側には第１のヨーク板７とスペーサー９が繰り返し積層されており、第１のヨーク板７はスケールブロック２００の前側面の中央部まで延伸し、先端の磁極部７ａがスペーサー９の前側面より僅かに突出している。またスケールブロック２００の下面側には第２のヨーク板８とスペーサー９が繰り返し積層されており、第２のヨーク板８はスケールブロック２００の前側面の中央部まで延伸し先端の磁極部８ａがスペーサー９の前側面より僅かに突出している。

第１のヨーク板７と第２のヨーク板８はヨークピッチｐの半分だけ位置がずれているため、スケールブロック２００の前側面の中央部には第１のヨーク板７の磁極部７ａと第２のヨーク板８の磁極部８ａが互い違いに突出する。

図９は磁力線の流れを説明する図で、スケールブロック２００にセンサーブロック１００を組み込んだ状態で、磁石４の移動方向の辺の略中間位置で切断したときの、外観斜視図である。ただし、説明の便宜のためスペーサー９，センサーホルダー１および磁気センサー３は記載を省略している。

図９では磁力線の流れを模式的に矢印で表す。実際の磁力線は磁性体中に広く分布しながら流れるが、図９の磁力線を表す矢印は、説明の理解を容易とするために、磁力線の流れる概略の方向を表示している。また、磁石４の極を表すＮ，Ｓの表示は正しくは磁石４の上面および下面に記入すべきであるが、作図の都合により磁石４の断面内に記載している。

なお、以下の説明では、磁石４と第１のヨーク板７との空隙および磁石４と第２のヨーク板８との空隙を根元ギャップ２００ａ、第１のヨーク板７の磁極部７ａと第２のヨーク板８の磁極部８ａの空隙を先端ギャップ２００ｂと記述し、第１のヨーク板７の磁極部７ａと第２のヨーク板８の磁極部８ａが先端ギャップ２００ｂを挟んで互い違いに並んでいる部分を先端ギャップ部２００ｃと記述する。

空中に放置された磁石の場合、磁石のＮ極側から出た磁力線は空間を伝わりＳ極に戻るが、本発明の第１の実施形態に係る磁気式リニアエンコーダでは磁石４の近傍に第１のヨーク板７および第２のヨーク板８があるため以下のように磁力線が流れる。

磁石４のＮ極から出た磁力線は根元ギャップ２００ａを超えて第１のヨーク板７に入り、第１のヨーク板７中を、図９に示す磁力線ｆ１に沿って、磁極部７ａにむかって流れる。
第１のヨーク板７の磁極部７ａに到達した磁力線ｆ１は先端ギャップ２００ｂを超えて第２のヨーク板８の磁極部８ａに入り、こののち、第２のヨーク板８中を、図９に示す磁力線ｆ４に沿って、第２のヨーク板８の根元部に到達する。第２のヨーク板８の根元部に到達した磁力線ｆ４は根元ギャップ２００ａを超えて磁石４のＳ極に戻る。

磁石４から出た磁力線は第１のヨーク板７および第２のヨーク板８中を上記のように流れるが、磁石４と対向する全ての第１のヨーク板７および第２のヨーク板８で同様に磁力線が流れる。

ところで、第１のヨーク板７と第２のヨーク板８は互い違いに並んでいるため、ひとつの第２のヨーク板８の磁極部８ａには隣接するふたつの第１のヨーク板７の磁極部７ａから磁力線が流れ込む。同様にひとつの第１のヨーク板７の磁極部７ａからは隣接するふたつの第２のヨーク板８の磁極部８ａに磁力線が流れ出す。

先端ギャップ部２００ｃには第１のヨーク板７の磁極部７ａと第２のヨーク板８の磁極部８ａが互い違いに並んでいるので、第１のヨーク板７の磁極部７ａから第２のヨーク板８の磁極部８ａに右方向に流れる磁力線ｆ３と、第１のヨーク板７の磁極部７ａから第２のヨーク板８の磁極部８ａに左方向に流れる磁力線ｆ２が繰り返し発生し、先端ギャップ部２００ｃに磁気パターンが得られる。

このとき、磁石４と対向する第１のヨーク板７と第２のヨーク板８には磁力線が多く流れるが、磁石４と対向していないヨークには磁力線は僅かしか流れない。このため磁石４の近傍の先端ギャップ部２００ｃでは強い磁気パターンが得られるが、磁石４から離れた位置では磁気パターンの強度は低下する。ただし、磁石４が移動しても第１のヨーク板７の磁極部７ａと第２のヨーク板８の磁極部８ａを流れる磁力線の位置と方向は変化しないため、磁気パターンの位置は第１のヨーク板７の磁極部７ａと第２のヨーク板８の磁極部８ａの位置により決まり、磁石４が移動しても磁気パターンの位置および磁界の向きは変化しない。

次に先端ギャップ部２００ｃに発生した磁気パターンを磁気センサー３により検出し位置信号を出力する動作を説明する。

図１０はセンサーブロック１００の中央部を通る面で切断した磁気式リニアエンコーダを示す、図１のＡ−Ａ断面図である。ただし、説明の理解を容易とするためにスペーサー９の断面は省略して表示している。

磁石４は磁石ホルダー２により保持されセンサーホルダー１と共に移動するので、磁石４は常に磁気センサー３と対向している。磁気センサー３は先端ギャップ部２００ｃに近接して配置されているので、磁気センサー３により先端ギャップ部２００ｃに発生した磁気パターンを検出できる。

以下、図１１から図１３を参照し、磁気センサー３の位置による、スケールブロック２００の先端ギャップ部２００ｃに発生した磁気パターンによるＧＭＲセンサー素子３ａの抵抗値の変化を説明する。なお、図１１および図１２の（ａ）から（ｆ）では磁気センサー３内の固定抵抗３ｂの表示を省略している。

図１１は先端ギャップ部２００ｃの第１のヨーク板７の磁極部７ａおよび第２のヨーク板８の磁極部８ａとＧＭＲセンサー素子３ａの配置を模式的に表した図である。第１のヨーク板７はヨークピッチｐで並んでおり、その中間位置に第２のヨーク板８が並んでいる。第１のヨーク板７の磁極部７ａからはその両側の第２のヨーク板８の磁極部８ａに磁力線ｆ２，ｆ３が流れ出しているため、第１のヨーク板７の磁極部７ａがＮ極となり第２のヨーク板８の磁極部８ａがＳ極である。以降、第１のヨーク板７の磁極部７ａをＮ極、第２のヨーク板８の磁極部８ａをＳ極と記載する。

磁気センサー３にはＡ相用の２つのＧＭＲセンサー素子３ａがセンサーブロック１００の移動方向と略直角の直線上に並んでおり、Ｂ相用の２つのＧＭＲセンサー素子３ａがＡ相用のＧＭＲセンサー素子３ａと並行に、ヨーク間ピッチの１／４（１／４ｐ）の位置に並んでいる。なお、図１１および図１２の（ａ）から（ｆ）では、Ａ相用のＧＭＲセンサー素子３ａの近傍にＡ１，Ａ２の記号を、Ｂ相用のＧＭＲセンサー素子３ａの近傍にＢ１，Ｂ２の記号を記入する。

Ａ相用のＧＭＲセンサー素子３ａとＢ相用のＧＭＲセンサー素子３ａの中間位置を中心線３ｅとすると、Ａ相用のＧＭＲセンサー素子３ａとＢ相用のＧＭＲセンサー素子３ａは各々ＧＭＲセンサーの中心線３ｅの両側に１／８ｐ離れた位置に配置されている。

また、ＧＭＲセンサー素子３ａはＧＭＲセンサー素子３ａの略中央部に左向きの矢印で示す方向にピン相が固定されている。以降ピン相の固定方向をピン方向Ｍと記述する。

ＧＭＲセンサー素子３ａは、各ＧＭＲセンサー素子３ａを通過する外部磁界の磁力線がピン方向Ｍと同じ方向のときにはＧＭＲセンサー素子３ａは低抵抗となり、通過する外部磁界の磁力線がピン方向Ｍと逆の方向のときにはＧＭＲセンサー素子３ａは高抵抗となる。

センサーブロック１００がスケールブロック２００の長手方向に移動すると磁気センサー３も移動するが、磁気センサー３は先端ギャップ部２００ｃの磁気パターン中を移動するため、磁気センサー３の移動によりＧＭＲセンサー素子３ａの抵抗値が変化する。

図１２の（ａ）から（ｆ）はスケールブロック２００の磁気パターンと磁気センサー３の位置関係によるＧＭＲセンサー素子３ａの抵抗状態を説明する模式図である。
ただし、ＧＭＲセンサー素子３ａの位置と磁気パターンの磁力線の方向との関係を明瞭にするために、磁気センサー３を下方にずらして記載している。なお、第１のヨーク板７の磁極部７ａには磁石のＮ極を表すＮを、第２のヨーク板８の磁極部８ａには磁石のＳ極を表すＳを記入している。

また、図中の中央に記載したＮ極を中央のＮ極Ｎ１と記述し、中央のＮ極Ｎ１の右側のＳ極を右側のＳ極Ｓ０、右側のＳ極Ｓ０の更に右側のＮ極を右側のＮ極Ｎ０、中央のＮ極Ｎ１の左側のＳ極を左側のＳ極Ｓ１、左側のＳ極Ｓ１の更に左側のＮ極を左側のＮ極Ｎ２と記述する。

図１２（ａ）に示す、磁気センサー３の中心が、右側のＳ極Ｓ０と右側のＮ極Ｎ０の略中央位置にあるときには、磁気センサー３には右側のＮ極Ｎ０から右側のＳ極Ｓ０に流れる左向きの磁力線ｆ２が通過するが、ＧＭＲセンサー素子３ａのピン方向Ｍと磁力線ｆ２の方向は同一方向であるため、Ａ相出力用の２つのＧＭＲセンサー素子３ａもＢ相出力用の２つのＧＭＲセンサー素子３ａも全て低抵抗となる。

以降、磁気センサー３が左方向に移動したときの磁気センサー３の各ＧＭＲセンサー素子３ａの抵抗値の変化を記述する。なお、図１２の（ａ）から（ｆ）では、高抵抗となったＧＭＲセンサー素子３ａはシンボルを黒色で表示している。

磁気センサー３が左に移動し、図１２の（ｂ）に示す、中央のＮ極Ｎ１と右側のＳ極Ｓ０の略中央に位置するとき、磁気センサー３には中央のＮ極Ｎ１から右側のＳ極Ｓ０に流れる右向けの磁力線ｆ３が通過するが、磁気センサー３のピン方向Ｍと磁力線ｆ３の方向は逆方向であるため、Ａ相の２つのＧＭＲセンサー素子３ａもＢ相の２つのＧＭＲセンサー素子３ａも全て高抵抗となる

磁気センサー３がさらに左に移動し、図１２の（ｃ）に示す、中心線３ｅが中央のＮ極Ｎ１の右側１／８ｐの位置を超えると、Ａ相の２つのＧＭＲセンサー素子３ａには中央のＮ極Ｎ１から左側のＳ極Ｓ１に流れる左向きの磁力線ｆ２が通過するが、磁力線ｆ２の方向はピン方向Ｍと同一方向であるため、Ａ相の２つのＧＭＲセンサー素子３ａは低抵抗となる。これに対し、Ｂ相の２つのＧＭＲセンサー素子３ａには中央のＮ極Ｎ１から右側のＳ極Ｓ０に流れる右向きの磁力線ｆ３が通過するが、磁力線ｆ３の方向はピン方向Ｍと逆方向であるため、Ｂ相の２つのＧＭＲセンサー素子３ａは高抵抗のままである。

次に、磁気センサー３がさらに左に移動し、図１２の（ｄ）に示す、中心線３ｅが中央のＮ極の左側１／８ｐの位置を超えると、磁気センサー３には中央のＮ極Ｎ１から左側のＳ極Ｓ１に流れる磁力線ｆ２が通過するが、ＧＭＲセンサー素子３ａのピン方向と磁力線ｆ２の方向は同一方向であるため、Ａ相の２つのＧＭＲセンサー素子３ａもＢ相の２つのＧＭＲセンサー素子３ａも全て低抵抗となる

また、磁気センサー３がさらに左に移動し、図１２の（ｅ）に示す、中心線３ｅが左側のＳ極Ｓ１の右側１／８ｐの位置を超えると、Ａ相の２つのＧＭＲセンサー素子３ａには左側のＮ極Ｎ２から左側のＳ極Ｓ１に流れる右向きの磁力線ｆ３が通過するが、磁力線ｆ３の方向はピン方向Ｍと逆方向であるため、Ａ相の２つのＧＭＲセンサー素子３ａは高抵抗となる。これに対し、Ｂ相の２つのＧＭＲセンサー素子３ａには中央のＮ極Ｎ１から左側のＳ極Ｓ１に流れる左向きの磁力線ｆ２が通過するが、磁力線ｆ２の方向はピン方向Ｍと同一方向であるため、Ｂ相の２つのＧＭＲセンサー素子３ａは低抵抗のままである。

最後に、磁気センサー３がさらに左に移動し、図１２の（ｆ）に示す、中心線３ｅが左側のＳ極Ｓ１の左側１／８ｐの位置を超えると、磁気センサー３には左側のＮ極Ｎ２から左側のＳ極Ｓ１に流れる右向きの磁力線ｆ３が通過するが、ＧＭＲセンサー素子３ａのピン方向Ｍと磁力線ｆ３の方向は逆方向であるため、Ａ相の２つのＧＭＲセンサー素子３ａもＢ相の２つのＧＭＲセンサー素子３ａも全て高抵抗となる

以降、磁気センサー３がさらに左方向に移動すると、Ａ相出力用の２つのＧＭＲセンサー素子３ａとＢ相出力用の２つのＧＭＲセンサー素子３ａは、図１２の（ｃ）から図１２の（ｆ）に記載した抵抗値変化を繰り返す。

以上の磁気センサー３の位置変化によるＧＭＲセンサー素子３ａの抵抗値変化によるＡ相出力およびＢ相出力の変化状態を図１３に図示する。

図１３の上段側はスケールブロック２００の先端ギャップ部２００ｃの第１のヨーク板７の磁極部７ａおよび第２のヨーク板８の磁極部８ａの磁気パターンの状態を模式的に表している。下段側は磁気センサー３が先端ギャップ部２００ｃ上を移動したときの、磁気センサー３の中心線３ｅの位置による磁気センサー３のＡ相出力（Ａ ＯＵＴ）およびＢ相出力（Ｂ ＯＵＴ）の状態の変化を示しており、Ａ相出力およびＢ相出力の各々に記入した水平の細線がＬＯＷを示し、細線の上方に記入した２点鎖線がＨＩＧＨを示し、Ａ相出力およびＢ相出力に太線で記入した矩形状の線が各相の出力状態を表す。

以降、Ａ相出力およびＢ相出力の出力状態を示す太い線を出力状態線と呼称する。出力状態線が水平の細線と同じ高さにあるときには出力はＬＯＷで、出力状態線が上方にある２点鎖線と同じ高さにあるときには出力はＨＩＧＨである。

磁気センサー３のＡ相出力（Ａ ＯＵＴ）およびＢ相出力（Ｂ ＯＵＴ）は各々のＧＭＲセンサー素子３ａが高抵抗のときはＨＩＧＨとなり、低抵抗のときはＬＯＷとなる。

磁気センサー３が移動し、磁気センサー３の中心線３ｅが第１のヨーク板７の磁極部７ａまたは第２のヨーク板８の磁極部８ａの右側１／８ｐの位置を通過すると、Ａ相出力（Ａ ＯＵＴ）がＨＩＧＨからＬＯＷへ、またはＬＯＷからＨＩＧＨへと変化する。また、磁気センサー３の中心線３ｅが第１のヨーク板７の磁極部７ａまたは第２のヨーク板８の磁極部８ａの左側１／８ｐの位置を通過すると、Ｂ相出力（Ｂ ＯＵＴ）がＨＩＧＨからＬＯＷへ、またはＬＯＷからＨＩＧＨへと変化する。

以下同様にして、磁気センサー３が第１のヨーク板７の磁極部７ａまたは第２のヨーク板８の磁極部８ａを通過するたびに上記の出力変化が発生する。

このように、磁気センサー３がヨークピッチｐだけ移動する毎にＡ相出力およびＢ相出力がＬＯＷ→ＨＩＧＨ→ＬＯＷと１サイクル変化するので、このＡ相出力およびＢ相出力の変化回数を計測することによりセンサーブロック１００の移動量が検出できる。

また、１／４ｐだけずれた位置でＡ相、Ｂ相が変化するため、Ａ相出力およびＢ相出力の変化状態からセンサーブロック１００の移動方向を判定することができ、さらに、Ａ相出力およびＢ相出力の立ち上がり、立ち下がりを位置検出に使用することにより位置検出の分解能を４倍に高めることが可能である。

なお、以上の説明でＡ相およびＢ相のＧＭＲセンサー素子３ａが各々低抵抗のとき、磁気センサー３のＡ相およびＢ相の出力がそれぞれＬＯＷとなるとしたが、出力回路の構成等によりＧＭＲセンサー素子３ａが低抵抗のときに磁気センサー３のＡ相およびＢ相の出力がそれぞれＨＩＧＨとなるとしても同様の動作が可能である。

以上のようにして、本発明の実施例では磁気センサー３と共に移動する磁石４により磁気パターンを発生させ磁気センサー３にて磁気パターンを検出するため、長尺の磁気式リニアエンコーダを製作する場合でも長尺の磁石を使用する必要ないので、磁石を小型化でき、長尺の磁気式リニアエンコーダを容易に製造できる。

さらに、ヨークの材質は軟磁性の金属とできるため、磁気スケールの熱膨張率が一般的な構造用金属材とほぼ同等になり、磁性材料と構造用金属の熱膨張率の差による検出精度の低下を回避でき、温度上昇に対して安定なエンコーダを提供できる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図１４から図１９を参照して説明する。なお、本発明の第２の実施形態では磁気式リニアエンコーダ部分に関してのみ記述し、プリンター等の適用製品に組み込む際に必要となる適用製品への取り付け構造やプリンターヘッドの取り付け部等は記述しない。

本発明の第２の実施形態の磁気式リニアエンコーダの外観斜視図を図１４に示す。
本発明の第２の実施形態に係る磁気式リニアエンコーダは、磁力線の向きが一定間隔で反転する磁界を発生させるスケールブロック４００と、スケールブロック４００に磁気式リニアエンコーダの長手方向に摺動可能に保持されたセンサーブロック３００により構成される。

なお以下の説明では、磁力線の向きが一定間隔で反転する磁界を磁気パターンと記述する。

図１５はスケールブロック４００の第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３の組み込み状態を示す、図１４のＢ−Ｂ面で切断したときの外観斜視図である。

枠１１は成形材料等の非磁性材料で、一面が開放された略箱状に形成されており、長手方向の内側面および内底面に密着するように第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３が取り付けられる。

第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３は軟鉄等の軟磁性体で断面形状が略コの字状に形成され、コの字形状の中間部分は平坦な中間部１２ｂ，１３ｂとなり、中間部１２ｂ，１３ｂの一方の壁の先端は、リニアセンサーの長手方向に等間隔に並んだ複数の突出部が整列する櫛歯状磁極部１２ａ，１３ａとなっており、他方の壁は平坦で直線状の端面を有する後端部１２ｃ，１３ｃとなっている。また、中間部１２ｂ，１３ｂの長手方向の両端部近傍には、第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３を枠１１に固定するための固定用ネジ穴がそれぞれ設けられている。

なお、第１の櫛歯ヨーク板１２と第２の櫛歯ヨーク板１３は同一部品で、組み込み方向を逆としたのみである。

スケールブロック４００は、図１５に示すように、枠１１の開口部につながる長手方向の内側面に第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３の中間部１２ｂ，１３ｂが取り付けられ、櫛歯状磁極部１２ａ，１３ａが枠１１の内底面に接するように取り付けられ、枠１１の内底面の中央位置で櫛歯状磁極部１２ａと櫛歯状磁極部１３ａが互い違いに整列する。

なお、本発明の第２の実施形態に係る磁気式リニアエンコーダをプリンター等の適用製品に組み込む場合は、枠１１にプリンター等への取り付け部を追加する。

次に図１６を参照しセンサーブロック３００の構造を説明する。

図１６の（ａ）はセンサーブロック３００の外観斜視図である。また、図１６の（ｂ）はセンサーブロック３００の構成部品を示す分解外観斜視図であり、図１６の（ｃ）は磁石１７側から見たセンサーブロック３００の構成部品を示す分解外観斜視図である。

センサーホルダー１４は成形材料等の非磁性材料を一面が開放された略箱状に形成している。箱状の本体部の開放された一面側の窪み部は磁石取り付け部１４ｂであり、本体部の他面側には配線基板１６を保持する基板取り付け部１４ａである。
また、基板取り付け部１４ａ側に第１の櫛歯ヨーク板１２または第２の櫛歯ヨーク板１３の櫛歯状磁極部１２ａ，１３ａの根元の平坦部と摺動可能に当接する４つの前ガイド突出部１４ｃを有し、磁石取り付け部１４ｂ側に第１の櫛歯ヨーク板１２または第２の櫛歯ヨーク板１３の後端部１２ｃ，１３ｃと摺動可能に当接する４つの後ガイド突出部１４ｄを有し、上面側には第１の櫛歯ヨーク板１２の中間部１２ｂと摺動可能に当接する２つの上ガイド突出部１４ｅを有し、下面側には第２の櫛歯ヨーク板１３の中間部１３ｂと摺動可能に当接する２つの下ガイド突出部１４ｆを有する。

なお、本発明の第２の実施形態に係る磁気式リニアエンコーダをプリンター等の適用製品に組み込む場合は、センサーホルダー１４に印刷ヘッド等の取り付け部を追加する。

磁石１７は略立方形状のフェライト磁石等で形成され永久磁石で、図１６の（ｂ）および図１６の（ｃ）に示す方向で上下方向に着磁されており、上面１７ａがＮ極、下面１７ｂがＳ極である。磁石１７はセンサーホルダー１４の磁石取り付け部１４ｂに保持されているため、センサーブロック３００が移動させられると磁石１７も移動する。

磁気センサー（検出部）１５は配線基板１６に半田付け等で固定され、配線基板１６はセンサーホルダー１４の基板取り付け部１４ａに保持される。

配線基板１６には、さらにケーブル１８が接続され、磁気センサー１５への電源の供給と磁気センサー１５の出力の取り出しを行う。

次に、図１７を参照し、スケールブロック４００へのセンサーブロック３００の組み込み方法を解説する。

第２の実施形態ではセンサーブロック３００は第１の櫛歯ヨーク板１２と第２の櫛歯ヨーク板１３の間に入るため、センサーブロック３００は下記のステップで組み立てる。
（１）センサーブロック３００の上下に第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３を仮に配置する。
（２）センサーブロック３００と、仮に配置した第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３を一式にして枠１１に挿入する。
（３）第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３が枠１１の所定の位置に入れば取り付けネジで第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３を枠１１に固定する。

以上でスケールブロック４００へのセンサーブロック３００の組み込みは完了する。

なお、組み立て性の改善を目的として枠１１を分割し、枠１１に第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３を固定した後にセンサーブロック３００を組み込めるように第２の実施形態を変更しても良い。

次にセンサーブロック３００と第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３との荷重の発生状態を記述する。

磁石１７の上面１７ａおよび下面１７ｂはそれぞれ金属材料で形成された第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３の中間部１２ｂ，１３ｂと対向しており、磁石１７と中間部１２ｂ，１３ｂの間には磁力による吸着力が発生し、磁石１７の上面１７ａは磁石１７を上方向に持ち上げる方向の力を受け、磁石１７の下面１７ｂは磁石１７を下方向に引き下げる方向の力を受ける。

磁石１７の上面１７ａが受ける上向きの吸着力と下面１７ｂが受ける下向きの吸着力が等しければ、磁石１７には荷重はかからないが、実際の製品では磁石１７が移動する全範囲で上向きの吸着力と下向きの吸着力を等しく保つことは困難で、磁石１７には上向きの吸着力と下向きの吸着力の差による荷重がかかる。

このため、本発明の第２の実施形態に係る磁気式リニアエンコーダでは、磁石１７をセンサーホルダー１４の磁石取り付け部１４ｂに収容し、磁石１７が金属で形成された第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３と直接接触せず、成形材で製作されたセンサーホルダー１４の上ガイド突出部１４ｅおよび下ガイド突出部１４ｆが第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３と接触する構造とした。

これにより、磁石１７に荷重がかかっても、成形材で製作されたセンサーホルダー１４の上ガイド突出部１４ｅまたは下ガイド突出部１４ｆが第１の櫛歯ヨーク板１２または第２の櫛歯ヨーク板１３と当接するため、磁石１７が金属材料で形成された第１の櫛歯ヨーク板１２または第２の櫛歯ヨーク板１３と当接する場合より長寿命化がはかれる。

なお、さらなる長寿命化が求められる場合は、センサーホルダー１４の成形材料を対金属の摩耗耐性に優れる、例えばナイロン，ポリアセタール等の成形材料とすることで対応が可能である。または、センサーホルダー１４の上ガイド突出部１４ｅおよび下ガイド突出部１４ｆを摺動性の良い別部品としてセンサーホルダー１４に取り付けても良い。

ところで、センサーホルダー１４の下ガイド突出部１４ｆには、センサーホルダー１４の自重がかかり、これによりセンサーホルダー１４の下ガイド突出部１４ｆは第２の櫛歯ヨーク板１３の中間部１３ｂと接触するが、センサーホルダー１４の上ガイド突出部１４ｅは第１の櫛歯ヨーク板１２の中間部１２ｂとは接触せず隙間ができる。この結果、磁石１７の下面１７ｂから第２の櫛歯ヨーク板１３の中間部１３ｂまでの距離は、磁石１７の上面１７ａから第１の櫛歯ヨーク板１２の中間部１２ｂまでの距離より近くなり、磁石１７を下方向に引き下げる力が磁石１７を上方向に持ち上げる力より大きくなり、センサーホルダー１４の下ガイド突出部１４ｆには更に大きな荷重がかかる。

上記の磁石１７を下方向に引き下げる力を軽減するため、本発明の第２の実施形態では磁石１７の下面に窪み部１７ｃを設けている。これにより磁石１７の下面１７ｂから第２の櫛歯ヨーク板１３の中間部１３ｂまでの距離が拡大し、磁石１７が下方に引き下げられる力が小さくなり、磁石１７を上方向に持ち上げる力と磁石１７を下方向に引き下げる力の差が小さくなる。その結果、下ガイド突出部１４ｆを下方向に引き下げる力が小さくなり、寿命の低下が回避される。

なお、上記の窪み部１７ｃはリニアエンコーダを用途先製品に組み込んだ状態で下方となる磁石面に設ける必要があるため、リニアエンコーダが用途先製品に上下逆に組み込まれる場合には窪み部１７ｃは磁石１７の上面１７ａに設け、用途先製品に水平に組み込まれる場合には窪み部１７ｃは不要である。

また、本発明の第２の実施形態に係る磁気式リニアエンコーダをプリンター等の適用製品に組み込み、センサーブロック３００に印刷ヘッド等を取り付けた場合はセンサーホルダー１４の下ガイド突出部１４ｆには磁石１７の自重に加え印刷ヘッド等の重量がかかるので、窪み部１７ｃの窪み量を大きくして磁石１７を下方向に引き下げる力を小さくすることにより、印刷ヘッド等の重量の影響を減少させることができる。

次に図１８および図１９を参照し、本発明の第２の実施形態の第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３と櫛歯状磁極部１２ａ，１３ａの磁界の状況を説明する。

図１８は磁力線の流れを説明する図で、本発明の第２の実施形態の磁気式リニアスケールを磁石１７の移動方向の長辺の略中間位置で切断したときの、外観斜視図である。ただし、説明の便宜のため枠１１は記載を省略している。

図１８では磁力線の流れを模式的に矢印で表す。実際の磁力線は磁性体中に広く分布しながら流れるが、図１８の磁力線を表す矢印は、説明の理解を容易とするために磁力線の流れる概略の方向を矢印で表示している。また、磁石１７の極を表すＮ，Ｓの表示は正しくは磁石１７の上面および下面に記入すべきであるが、作図の都合により磁石１７の断面内に記載している。

なお、以下の説明では、磁石１７と第１の櫛歯ヨーク板１２および磁石１７と第２の櫛歯ヨーク板１３との空隙を根元ギャップ４００ａ、隣接する櫛歯状磁極部１２ａと櫛歯状磁極部１３ａとの空隙を先端ギャップ４００ｂと記述し、櫛歯状磁極部１２ａと櫛歯状磁極部１３ａが先端ギャップ４００ｂを挟んで互い違いに並んでいる部分を先端ギャップ部４００ｃと記述する。

空中に放置された磁石の場合、磁石のＮ極側から出た磁力線は空間を伝わりＳ極に戻るが、本発明の第２の実施形態の磁気式リニアエンコーダでは磁石１７の近傍に２つの櫛歯ヨーク板があるため以下のように磁力線が流れる。

磁石１７のＮ極から出た磁力線は根元ギャップ４００ａを超えて第１の櫛歯ヨーク板１２に入り、第１の櫛歯ヨーク板１２中を図１８に示す磁力線ｆ１１に沿って、先端の櫛歯状磁極部１２ａにむかって流れる。

第１の櫛歯ヨーク板１２の櫛歯状磁極部１２ａに到達した磁力線は先端ギャップ４００ｂを超えて第２の櫛歯ヨーク板１３の先端の櫛歯状磁極部１３ａに入り、こののち、第２の櫛歯ヨーク板１３中を図１８に示す磁力線ｆ１４に沿って第２の櫛歯ヨーク板１３の根元部に到達する。第２の櫛歯ヨーク板１３の根元部に到達した磁力線は根元ギャップ４００ａを超えて磁石１７のＳ極に戻る。

磁石１７から出た磁力線は第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３中を上記のように流れるが、先端ギャップ部４００ｃでは第１の櫛歯ヨーク板１２の櫛歯状磁極部１２ａと第２の櫛歯ヨーク板１３の櫛歯状磁極部１３ａが互い違いに並んでいるため、第２の櫛歯ヨーク板１３のひとつの櫛歯状磁極部１３ａには隣接する第１の櫛歯ヨーク板１２のふたつの櫛歯状磁極部１２ａから磁力線が流れ込む。同様に、第１の櫛歯ヨーク板１２のひとつの櫛歯状磁極部１２ａからは隣接する第２の櫛歯ヨーク板１３のふたつの櫛歯状磁極部１３ａに磁力線が流れ出す。

先端ギャップ部４００ｃには櫛歯状磁極部１２ａと櫛歯状磁極部１３ａが互い違いに整列しているので、第１の櫛歯ヨーク板１２のひとつの櫛歯状磁極部１２ａから第２の櫛歯ヨーク板１３の櫛歯状磁極部１３ａに右方向に流れる磁力線ｆ１３と、第１の櫛歯ヨーク板１２のひとつの櫛歯状磁極部１２ａから第２の櫛歯ヨーク板１３の櫛歯状磁極部１３ａに左方向に流れる磁力線ｆ１２が繰り返し発生し、先端ギャップ部４００ｃに磁気パターンが得られる。

図１９はセンサーブロック３００の中央部を通る面で切断した磁気式リニアエンコーダを示す図１４のＣ−Ｃ断面図である。

磁石１７はセンサーホルダー１４に保持されセンサーブロック３００と共に移動するので、磁石１７は常に磁気センサー１５と対向している。磁気センサー１５は先端ギャップ部４００ｃに近接して配置されているので、磁気センサー１５により先端ギャップ部４００ｃに発生した磁気パターンを検出できる。

以上のようにして、本発明の実施例では磁気センサー１５と共に移動する磁石１７により磁気パターンを発生させ磁気センサー１５にて磁気パターンを検出するため、長尺の磁気式リニアエンコーダを製作する場合でも長尺の磁石を使用する必要がないので、磁石を小型化でき、長尺の磁気式リニアエンコーダを容易に製造できる。

また、長尺の磁気式リニアエンコーダを製作する場合でも第１の櫛歯ヨーク板１２と第２の櫛歯ヨーク板１３に使用する共通の櫛歯ヨークと枠１１を長尺化すれば良く、共通の櫛歯ヨークおよび枠１１は汎用の加工機にて自由な長さに製作が可能であるため、長尺の磁気式リニアエンコーダを容易に製作することができる。

さらに、本発明の第２の実施形態では磁石１７および磁気センサー１５をスケールブロック４００内の第１の櫛歯ヨーク板１２および第２の櫛歯ヨーク板１３で構成される空間内に入れたため、磁気式リニアエンコーダがコンパクトに構成でき、プリンター等に使用する場合に磁気式リニアエンコーダの取り付けスペースを小さくできる。

なお、本発明の第１の実施形態および本発明の第２の実施形態では検出部にＧＭＲセンサー素子を使用したが、使用するセンサーはＧＭＲセンサー素子に限定されるものではなく、適切な感度を有した磁気センサーであれば種々の磁気センサーが使用可能である。

また、磁石はフェライト磁石としたが、ネオジウム磁石やその他の永久磁石も使用可能である。

加えて、本発明の第２の実施形態ではＧＭＲセンサーは配線基板上に実装するとしたが、適切なパッケージを採用することにより、配線基板を省略しＧＭＲセンサーをセンサーホルダーに直接固定することも可能である。

１ センサーホルダー
１ａ 穴部
１ｂ センサー固定部
２ 磁石ホルダー
２ａ 固定用突出部
２ｂ 腕部
３ 磁気センサー（検出部）
３ａ ＧＭＲセンサー素子（巨大磁気抵抗素子）
３ｂ 固定抵抗
３ｃ アンプ
３ｄ コンパレータ
３ｅ 中心線
４ 磁石
４ａ 上面
４ｂ 下面
４ｃ，４ｄ 逃げ部
４ｅ 窪み部
５ ガイドシャフト
６ 側板
６ａ 端部
６ｂ 積層端部
６ｃ 第１組み込み面
６ｄ 第２組み込み面
６ｅ 位置決め部
７ 第１のヨーク板（第１のヨーク）
７ａ 磁極部（第１のギャップ磁極）
８ 第２のヨーク板（第２のヨーク）
８ａ 磁極部（第２のギャップ磁極）
９ スペーサー
９ａ 位置決め部
９ｂ 小突出部
１０ 固定ネジ
１１ 枠
１２ 第１の櫛歯ヨーク板（第１のヨーク）
１２ａ 櫛歯状磁極部（第１のギャップ磁極）
１２ｂ 中間部
１２ｃ 後端部
１３ 第２の櫛歯ヨーク板（第２のヨーク）
１３ａ 櫛歯状磁極部（第２のギャップ磁極）
１３ｂ 中間部
１３ｃ 後端部
１４ センサーホルダー
１４ａ 基板取り付け部
１４ｂ 磁石取り付け部
１４ｃ 前ガイド突出部
１４ｄ 後ガイド突出部
１４ｅ 上ガイド突出部
１４ｆ 下ガイド突出部
１５ 磁気センサー（検出部）
１６ 配線基板
１７ 磁石
１７ａ 上面
１７ｂ 下面
１７ｃ 窪み部
１８ ケーブル
１００ センサーブロック（検出対象物）
２００ スケールブロック（磁気スケール）
２００ａ 根元ギャップ
２００ｂ 先端ギャップ
２００ｃ 先端ギャップ部
２００ｄ 磁石溝部
３００ センサーブロック（検出対象物）
４００ スケールブロック（磁気スケール）
４００ａ 根元ギャップ
４００ｂ 先端ギャップ
４００ｃ 先端ギャップ部
Ｄ 移動方向
ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４ 磁力線
ｆ１１，ｆ１２，ｆ１３，ｆ１４ 磁力線
Ｍ ピン方向
Ｎ０ 右側のＮ極
Ｎ１ 中央のＮ極
Ｎ２ 左側のＮ極
Ｓ０ 右側のＳ極
Ｓ１ 左側のＳ極
ｐ ヨークピッチ

Claims (4)

1. 磁力線の向きが一定間隔で反転する磁気パターンを有する直線状の磁気スケールと、
   前記磁気スケールに沿って移動可能に保持された検出対象物と、
   前記検出対象物に取り付けられ前記磁気パターンに近接して移動し前記磁気パターンの前記磁力線の向きを検出する検出部と、
   を有する磁気式リニアエンコーダにおいて、
   前記検出対象物には磁石が搭載されており、
   前記磁気スケールは、複数の第１のギャップ磁極を有し、前記磁石の一方の磁極と近接配置される第１のヨークと、複数の第２のギャップ磁極を有し、前記磁石の他方の磁極と近接配置される第２のヨークとを具備し、
   前記複数の第１のギャップ磁極と前記複数の第２のギャップ磁極は前記検出対象物の移動方向に所定の間隔で直線状に交互に配置されており、
   前記検出対象物と共に移動する前記磁石が前記検出対象物近傍の前記第１のギャップ磁極を前記第１のヨークを介して一方の極に磁化し前記検出対象物近傍の前記第２のギャップ磁極を前記第２のヨークを介して他方の極に磁化することにより、
   交互に配置された一方の極に帯磁した複数の前記第１のギャップ磁極と他方の極に帯磁した複数の前記第２のギャップ磁極の間を流れる磁力線の向きが一定間隔で反転する磁気パターンを前記検出対象物近傍に発生させることを特徴とする、磁気式リニアエンコーダ。
2. 前記第１のヨークは複数の第１のヨーク板で構成され、前記第２のヨークは複数の第２のヨーク板で構成され、前記第１のヨーク板と前記第２のヨーク板は所定の間隔で積層されていることを特徴とする、請求項１に記載の磁気式リニアエンコーダ。
3. 前記第１のヨークと前記第２のヨークは、前記検出対象物が移動する方向に沿ってそれぞれ櫛歯を有する第１の櫛歯ヨーク板および第２の櫛歯ヨーク板であり、前記第１の櫛歯ヨーク板の前記櫛歯が前記第１のギャップ磁極となり、前記第２の櫛歯ヨーク板の前記櫛歯が前記第２のギャップ磁極となることを特徴とする、請求項１に記載の磁気式リニアエンコーダ。
4. 前記検出部が巨大磁気抵抗素子を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気式リニアエンコーダ。
   

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