JP2015169439A - 磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバー、および磁気検出型エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気検出素子の動作に要する磁界に影響を与えず、かつ、外部磁界を遮蔽することができる磁気シールドカバーを実現する。【解決手段】磁気シールドカバー１０は、磁気の検出を行う磁気検出素子３と、磁気検出素子３の動作に必要な磁界を形成するためのマグネット１１を有する磁気ドラム１と、を覆う。磁気シールドカバー１０は、軟磁性部２０と非磁性部３０とを有する。軟磁性部２０は、磁気検出素子３の動作磁界に影響を与えない部位に配置される。非磁性部３０は、磁気検出素子３の動作に必要な磁界が形成されている範囲に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気を利用して動作する磁気検出型エンコーダ用の磁気シールドカバー、および当該磁気シールドカバーを備える磁気検出型エンコーダに関する。

磁気検出型エンコーダは磁気を利用して動作するので、外部磁界の影響を受けると誤動作する。磁気検出型エンコーダのエンコーダ室は、外部磁界を遮蔽するため、磁気シールドカバーで覆われている。磁気シールドカバーは、通常、鉄系材料等の軟磁性体で形成される。

当該磁気シールドカバーに関連する技術としては、たとえば、信号処理回路と、磁気検出器と、磁気ドラムとを覆うカバーをブラケットに固着した構造を有し、ブラケットとカバーを軟磁性体により形成した磁気エンコーダが開示されている（特許文献１参照）。

特許文献１の磁気エンコーダによれば、ブラケットとカバーを軟磁性体で形成したことにより、外部より作用する洩れ磁束を遮断することができる。

特開平７−３５５７２号公報

ところで、従来の鉄系材料等の軟磁性体からなる磁気シールドカバーは、外部磁気の影響を遮断するために、エンコーダ室を殆ど隙間なく一様に囲繞していた。その結果、エンコーダの全体重量が増加する要因となっていた。

また、磁気シールドカバーが磁気検出素子に近い場合は、磁気検出素子の動作に必要な磁束が磁気シールドカバーに引き込まれて、磁気検出特性に影響が生じてしまう。したがって、磁気検出特性に影響が生じないように、磁気検出素子と磁気シールドカバーとの距離を十分に確保する必要がある。このため、磁気検出型のエンコーダの小型化には、限界があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、磁気検出素子の動作に要する磁界に影響を与えず、かつ、外部磁界を遮蔽することができる磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバー、および当該磁気シールドカバーを備えた磁気検出型エンコーダの提供を目的とする。

また、本発明は、軽量な磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバー、および当該磁気シールドカバーを備えた磁気検出型エンコーダの提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバーは、磁気の検出を行う磁気検出素子と、該磁気検出素子の動作に必要な磁界を形成するためのマグネットと、を覆っている。

上記磁気シールドカバーは、磁束を透しやすい軟磁性部と磁束を透しにくい非磁性部とを有する。上記軟磁性部は磁気検出素子の動作磁界に影響を与えない部位に配置され、上記非磁性部は磁気検出素子の動作に必要な磁界が形成されている範囲に配置される。

〔作用〕
磁気検出素子と該磁気検出素子の動作に必要な磁界を形成するためのマグネットはもともと磁気シールドカバーがない状態において、適切な動作磁界が得られるように配置される。

上記軟磁性部を磁気検出素子の近くに配置した場合、前記マグネットが形成する、該磁気検出素子の動作に必要な磁束を引き込んでしまうため、磁気検出素子の動作に影響を与えてしまう。このため、上記軟磁性部は、磁気検出素子が動作するための磁束を引き込まない部位、すなわち磁気検出素子の動作磁界に影響を与えない部位に配置される。

前記マグネットが形成する、該磁気検出素子の動作に必要な磁界が形成されている範囲を前記非磁性部で構成する。

上記の構成とした場合、従来技術のように軟磁性体でエンコーダ室を完全に囲う構造にはならないため、外部からの磁界に対しての磁気シールド性能が部分的に落ちることが懸念される。しかし、本発明者らは、内部の磁気検出素子の特性に合わせて軟磁性対部分と非磁性部分を適切に配置することにより、従来の軟磁性体で一様に囲う構造の磁気シールドカバーに比べて、外部からの磁界に対してより良好なシールド性能を持たせることができることを実験的に確認した。

本発明に係る磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバーは、軟磁性部と非磁性部とを有している。軟磁性部は磁気検出素子の動作磁界に影響を与えない部位に配置され、非磁性部は磁気検出素子の動作に必要な磁界が形成されている範囲に配置される。

したがって、本発明に係る磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバーは、当該磁気シールドカバーと磁気検出素子との間の距離を小さくしても、磁気検出素子の本来の動作に要する磁界に影響を与えない。かつ、本発明に係る磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバーは、外部磁界を遮蔽することができる。

さらに、非磁性部は軟磁性体に対して軽量であることから、軟磁性体でエンコーダ室を完全に囲う構造に比べ、カバーを軽量化することができる。

第１実施形態に係る磁気検出型エンコーダの縦断面図である。 第１実施形態に係る磁気検出型エンコーダの横断面図である。 第１実施形態に係る磁気シールドカバーの外観構成の斜視図である。 本来の磁束の流れを説明するための図である。 従来の磁気シールドカバーの外観構成の斜視図である。 従来の磁気シールドカバーの磁束の流れを説明するための図である。 磁気検出素子の動作磁界の変化を説明するための図である。 第１実施形態に係る磁気シールドカバーの外部磁界遮蔽状況を説明するための図である。 第２実施形態に係る磁気シールドカバーの一例の斜視図である。 第２実施形態に係る磁気シールドカバーの他例の斜視図である。

以下、図面を参照して、第１および第２実施形態に係る磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバー、および当該磁気シールドカバーを備えた磁気検出型エンコーダについて説明する。

第１および第２実施形態に係る磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバーは、軟磁性部と非磁性部とを有している。軟磁性部は、磁気検出素子が動作するための磁束を引き込まない部位、すなわち磁気検出素子の動作磁界に影響を与えない部位に配置される。非磁性部は、磁気検出素子の動作に必要な磁界が形成されている範囲に配置される。

したがって、本実施形態によれば、磁気検出素子と磁気シールドカバーの距離を小さく設定しても、磁気検出素子の本来の動作に要する磁界に影響を与えず、かつ、外部磁界を遮蔽できる磁気シールドカバーを実現できるようになる。

〔第１実施形態〕
［磁気検出型エンコーダおよび磁気シールドカバーの構成］
まず、図１から図３を参照して、第１実施形態に係る磁気検出型エンコーダおよび磁気シールドカバーの構成について説明する。図１は第１実施形態に係る磁気検出型エンコーダの縦断面図である。図２は第１実施形態に係る磁気検出型エンコーダの横断面図である。図３は第１実施形態に係る磁気シールドカバーの外観構成の斜視図である。

第１実施形態に係る磁気シールドカバーは、磁気検出型のエンコーダに用いられる。図１に示すように、磁気検出型エンコーダ１００は、磁気ドラム１、磁気検出素子３および回路基板４を備える。

検出用マグネット１は、たとえば、強磁性体の円板で形成されている。強磁性体は、等間隔でＮ，Ｓの磁極に着磁され、マグネット１１として形成される。強磁性体の円板の裏面中心部には、回転軸２が設けられている。回転軸２は、不図示のブラケットに設けられた軸受によって、回転自在に軸支されている。

磁気検出素子３は、磁気ドラム１に着磁された磁極の位置を検出して、電気信号に変換するための素子である。本実施形態では、たとえば、磁気ドラム１と間隔を隔てて、当該磁気ドラム１と相対向するように設けられている。

回路基板４は、磁気検出素子３の電気信号を信号処理するための回路を搭載した基板である。磁気検出素子３は、回路基板４上に設けられている。

磁気ドラム１、磁気検出素子３および回路基板４は、外部磁界を遮蔽するための磁気シールドカバー１０によって覆われている。磁気シールドカバー１０は、概ね有頭円筒体状の部材であって、軟磁性部２０と非磁性部３０とを有する。

軟磁性部２０は、たとえば、軟鋼や珪素鋼板等の軟磁性体で形成されている。軟磁性部２０は、外部磁界を遮蔽する機能を有する。軟磁性部２０は、磁気検出素子３の動作に影響を与えない部位に配置される。

本実施形態の非磁性部３０は、たとえば、空気層で形成される。当該空気層は、軟磁性部２０としての軟磁性体の一部を切り欠いて形成される。

非磁性部は、磁気検出素子の動作に必要な磁界が形成されている範囲に配置される。すなわち、非磁性部３０は、マグネット１１の磁束ＭＦが当該磁気シールドカバー１０に引き込まれやすい部分に配置される。

磁気ドラム１の中心部上方に磁気検出素子３を配置した場合には、マグネット１１の磁束が磁気シールドカバー１０の上面中央部に引き込まれやすい（図６参照）。したがって、この場合には、図１に示すように、磁気シールドカバー１０の上面中央部を切り欠き、非磁性部３０としての空気層を形成する。磁気シールドカバー１０の上面中央部は、たとえば、円形に切り欠かれる。

また、図２に示すように、磁気ドラム１の平面視において、当該磁気ドラム１の外周部に相対向するように磁気検出素子３，３を配置した場合には、マグネット１１の磁束が磁気検出素子３，３の近傍の磁気シールドカバー１０の側面部に引き込まれやすい。したがって、この場合には、磁気検出素子３，３の近傍の磁気シールドカバー１０の側面部をそれぞれ切り欠き、非磁性部３０としての空気層を形成する。磁気シールドカバー１０の両側面部は、たとえば、短冊状に切り欠かれる。

図１および図２の磁気シールドカバー１０の形状を総合すると、図３に示すような磁気シールドカバー１０が完成する。すなわち、図３の磁気シールドカバー１０は、上面中央部が円形に切り欠かれ、かつ、磁気検出素子３，３の近傍の両側面部が短冊状に切り欠かれている。

［磁気検出型エンコーダおよび磁気シールドカバーの作用］
次に、図１から図７を参照して、第１実施形態に係る磁気検出型エンコーダおよび磁気シールドカバーの作用について説明する。図４は本来の磁束の流れを説明するための図である。図５は従来の磁気シールドカバーの外観構成の斜視図である。図６は従来の磁気シールドカバーの磁束の流れを説明するための図である。図７は磁気検出素子の動作磁界の変化を説明するための図である。図８は第１実施形態に係る磁気シールドカバーの外部磁界遮蔽状況を説明するための図である。

図４に示すように、磁気ドラム１に着磁形成されたマグネット１１は、Ｎ極からＳ極へと流れる磁束ＭＦを形成する。マグネット１１の磁束は、本来、磁気ドラム１と空間を隔てて相対向するように設けられた磁気検出素子３を通過する。

磁気ドラム１は回転するため、磁極の位置が変化する。磁気検出素子３は、磁気ドラム１に着磁された磁極の位置を検出して、電気信号に変換する。磁気検出素子３の電気信号は、回路基板４によって信号処理される。

従来、磁気ドラム１、磁気検出素子３および回路基板４の周囲は、図５に示すような磁気シールドカバー３１０で覆われていた。従来の磁気シールドカバー３１０は、概ね有底円筒体状であって、全体が軟磁性体で形成されていた。そして、従来の磁気シールドカバー３１０は、外部磁気の影響を遮断するために、エンコーダ室を一様に囲繞していた。

したがって、図６に示すように、磁気シールドカバー３１０と磁気検出素子３との距離が小さい場合は、磁気検出素子３の動作に要する磁束ＭＦが当該磁気シールドカバー３１０に引き込まれてしまう。磁気検出素子３の動作に要する磁束ＭＦが磁気シールドカバー３１０に引き込まれると、当該磁気検出素子３の磁気検出特性に影響が生じてしまう。

図７は、マグネットの角度と磁気検出素子部の磁界との関係を示している。図７において、Ａは本来の動作磁界を示しており、Ｂは磁気シールドカバーの影響で変化した動作磁界を示している。図７によれば、従来の磁気シールドカバーの影響で動作磁界が本来の動作磁界からずれていることが判る。

これに対して、本実施形態に係る磁気シールドカバー１０は、図１から図３に示すように、概ね有頭円筒体状の部材であって、軟磁性部２０と非磁性部３０とを有する。軟磁性部２０は、たとえば、軟磁性体で形成されているので、外部磁界を遮蔽する機能を有する。

一方、非磁性部３０は、たとえば、空気層で形成される。当該空気層は、軟磁性部２０としての軟磁性体の一部を切り欠いて形成される。非磁性部３０は、マグネット１１の磁束ＭＦが当該磁気シールドカバー１０に引き込まれやすい部分に配置されている。

したがって、本実施形態に係る磁気シールドカバー１０は、磁気シールドカバー１０と磁気検出素子３との間の距離を小さくても、磁気検出素子３の本来の動作に要する磁界に影響を与えない。

また、磁気シールドカバー１０と磁気検出素子３との間の距離を近づけることができるので、磁気シールドカバー１０の小型化を図ることができ、ひいては、磁気検出型エンコーダの小型化を図ることができる。

本実施形態に係る磁気シールドカバー１０は、磁気検出素子３から離れた位置、もしくは、磁気検出素子３の動作に影響を与えない部位を軟磁性部２０として形成し、かかる部分に外部磁界を積極的に集中させる。

本実施形態に係る磁気シールドカバー１０の非磁性部３０において、磁気遮蔽能力の低下が懸念されるが、非磁性部３０は軟磁性部２０に比べて磁気抵抗が高くなるため、外部から磁界が作用した場合、外部からの磁束ＯＭＦはその大半が周囲の軟磁性部２０に引き込まれ、非磁性部３０の近傍での磁束密度は十分に小さくなる（図８参照）。

このことより、本実施形態に係る磁気シールドカバー１０は従来の磁気シールドカバー３１０のようにエンコーダ室を一様に囲繞する場合と同等以上の磁気シールド性能を有する。

そして、第１実施形態では、非磁性部３０が軟磁性体の一部を切り欠いた空気層として形成されているので、磁気シールドカバー１０の軽量化を図ることができ、ひいては、磁気検出型エンコーダの軽量化を図ることができるものである。

〔第２実施形態〕
次に、図９および図１０を参照して、第２実施形態に係る磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバー、および当該磁気シールドカバーを備えた磁気検出型エンコーダの構成について説明する。図９は第２実施形態に係る磁気シールドカバーの一例の斜視図である。図１０は第２実施形態に係る磁気シールドカバーの他例の斜視図である。

第２実施形態に係る磁気検出型エンコーダは、複合体構造の磁気シールドカバー２１０を備える点が、第１実施形態と異なる。

すなわち、第２実施形態に係る磁気シールドカバー２１０において、軟磁性部２２０は、軟鋼や珪素鋼板等の軟磁性体で形成されている。一方、非磁性部２３０は、合成樹脂材料で形成されている。合成樹脂材料は限定されるものではなく、周知の合成樹脂材料から適宜選択される。

図９に示す磁気シールドカバー２１０は、図２と同一形状の軟磁性体の外側に、有頭円筒体状の合成樹脂材料が装着されている。非磁性部２３０は、合成樹脂材料のみが存在し、軟磁性体は存在しない。

また、図１０に示す磁気シールドカバー２１０は、図２と同一形状の軟磁性体の内側に、有頭円筒体状の合成樹脂材料が装着されている。非磁性部２３０は、合成樹脂材料のみが存在し、軟磁性体は存在しない。

図９および図１０の磁気シールドカバー２１０内には、磁気の検出を行う磁気検出素子と、当該磁気検出素子の動作に必要な磁界を形成するためのマグネットを有する磁気ドラムとが収容されている。

第２実施形態に係る磁気検出型エンコーダおよび磁気シールドカバー２１０は、基本的に第１実施形態に係る磁気検出型エンコーダ１００および磁気シールドカバー１０と同一の作用効果を奏する。

特に、第２実施形態によれば、磁気シールドカバー２１０が複合体構造を有しており、合成樹脂材料がエンコーダ室の全体を覆っているので、エンコーダ室内への粉塵等の異物の侵入を防止することができるという有利な効果を奏する。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。

１ 磁気ドラム、
３ 磁気検出素子、
１０ 磁気シールドカバー、
１１ マグネット、
２０ 軟磁性部、
３０ 非磁性部、
１００ 磁気検出型エンコーダ。

Claims (6)

1. 磁気の検出を行う磁気検出素子と、該磁気検出素子の動作に必要な磁界を形成するためのマグネットを有する磁気ドラムと、を覆う磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバーであって、
   軟磁性部と非磁性部とを有し、
   前記軟磁性部は磁気検出素子の動作磁界に影響を与えない部位に配置され、前記非磁性部は磁気検出素子の動作に必要な磁界が形成されている範囲に配置されることを特徴とする磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバー。
2. 前記軟磁性部は軟磁性体で形成され、前記非磁性部は空気層で形成されている請求項１に記載の磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバー。
3. 前記空気層は、軟磁性体の一部を切り欠いて形成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバー。
4. 前記軟磁性部は軟磁性体で形成され、前記非磁性部は合成樹脂材料で形成されている請求項１に記載の磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバー。
5. 前記軟磁性体の外側もしくは内側に前記合成樹脂材料が装着された複合体で構成され、前記非磁性部には、前記軟磁性体が存在しないことを特徴とする請求項４に記載の磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバー。
6. 磁気の検出を行う磁気検出素子と、該磁気検出素子の動作に必要な磁界を形成するためのマグネットを有する磁気ドラムとが、請求項１から５のいずれかに記載の磁気検出型エンコーダ用磁気シールドカバーで覆われていることを特徴とする磁気検出型エンコーダ。