JP2017075884A - Linear motion and rotation detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被駆動物の回転位置および直動位置を検出する直動回転検出器に関する。 The present invention relates to a linear motion rotation detector that detects a rotational position and a linear motion position of a driven object.
出力軸を直動および回転させるモータ部と、出力軸の直動位置および回転位置を検出する直動回転検出器を有する直動回転駆動装置は特許文献1に記載されている。同文献では、直動回転検出器は、直動方向に一定間隔に設けた直動目盛を有する円筒状の直動スケールと、周方向に2極に着磁された円盤形状の永久磁石(回転スケール)を有する。直動スケールと永久磁石は出力軸の軸線方向で離間する位置に固定されている。また、直動回転検出器は、直動スケールを読み取って直動方向の変位を検出する直動変位検出部と、永久磁石の磁界から回転方向の変位を検出する2つの回転変位検出部を備える。2つの回転変位検出部は90°離間する角度位置で永久磁石に対向している。直動回転検出器は2つの回転変位検出部からの出力を演算することにより軸線回りの原点位置を取得する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133867 discloses a linear motion rotation drive device that includes a motor unit that linearly moves and rotates an output shaft, and a linear motion rotation detector that detects a linear motion position and a rotational position of the output shaft. In this document, a linear motion rotation detector includes a cylindrical linear motion scale having linear motion graduations provided at regular intervals in the linear motion direction, and a disk-shaped permanent magnet (rotation) magnetized in two poles in the circumferential direction. Scale). The linear motion scale and the permanent magnet are fixed at positions separated in the axial direction of the output shaft. The linear motion rotation detector includes a linear motion displacement detector that reads a linear motion scale and detects displacement in the linear motion direction, and two rotational displacement detectors that detect displacement in the rotational direction from the magnetic field of the permanent magnet. . The two rotational displacement detectors face the permanent magnet at an angular position that is 90 ° apart. The linear motion rotation detector obtains the origin position around the axis by calculating the outputs from the two rotational displacement detectors.
ここで、特許文献1のように、原点位置を検出するために複数の検出部からの出力を演算しなければならないとすると、原点位置の取得が複雑になる。
Here, as in
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、軸線回りや軸線方向の原点位置を簡易に検出できる直動回転検出器を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a linear motion rotation detector that can easily detect an origin position around an axis or in the axial direction.
上記課題を解決するために、本発明の直動回転検出器は、軸線方向に直動するとともに軸線回りに回転する円筒状の磁気スケールと、直動位置検出用の第1磁気検出素子と、回転位置検出用の第2磁気検出素子と、前記軸線方向および前記軸線回りの少なくとも一方の原点位置を検出するための反射パターンと、前記反射パターンからの検査光の反射光を検出する検出部を備える光センサと、を有し、前記磁気スケールは、前記軸線回りの周面に、前記軸線方向にS極とN極とが交互に配列され、かつ、前記軸線回りにS極とN極とが交互に着磁された格子状の着磁パターンを備え、前記第1磁気検出素子および前記第2磁気検出素子は、前記着磁パターンに対向して配置され、前記反射パターンは、前記磁気スケールにおける前記着磁パターンと重なる位置に設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a linear motion rotation detector according to the present invention includes a cylindrical magnetic scale that linearly moves in the axial direction and rotates around the axis, a first magnetic detection element for detecting the linear motion position, A second magnetic detection element for detecting a rotational position; a reflection pattern for detecting an origin position of at least one of the axial direction and about the axis; and a detection unit for detecting reflected light of inspection light from the reflection pattern An optical sensor, and the magnetic scale has S poles and N poles alternately arranged in the axial direction on a circumferential surface around the axis, and S poles and N poles around the axis. Are arranged in a grid pattern, the first magnetic detection element and the second magnetic detection element are arranged to face the magnetization pattern, and the reflection pattern is the magnetic scale. The magnetized pattern in Characterized in that provided overlapping the down position.
本発明よれば、磁気スケールに設けた反射パターンを利用して原点位置を光学的に検出する。すなわち、磁気スケールに設けた反射パターンからの検査光の反射光を光センサで検出して原点位置を取得する。従って、原点位置を検出するために複数の検出器からの出力を演算する必要がなく、原点位置の検出を簡易に行うことができる。 According to the present invention, the origin position is optically detected using the reflection pattern provided on the magnetic scale. That is, the reflected light of the inspection light from the reflection pattern provided on the magnetic scale is detected by the optical sensor to acquire the origin position. Therefore, it is not necessary to calculate outputs from a plurality of detectors in order to detect the origin position, and the origin position can be easily detected.
本発明において、反射パターンを磁気スケールにおける着磁パターンと重なる位置に設けるためには、前記反射パターンを備えるシート状部材を有し、前記シート状部材は、前記磁気スケールにおける前記着磁パターンの表面に貼り付けられているものとすることができる。 In the present invention, in order to provide the reflective pattern at a position overlapping the magnetized pattern on the magnetic scale, the reflective pattern has a sheet-like member provided with the reflective pattern, and the sheet-like member has a surface of the magnetized pattern on the magnetic scale. It can be affixed to.
この場合において、前記反射パターンは、前記軸線回りの原点位置を検出するためのものであり、前記着磁パターンの表面を前記軸線方向に一定幅で延びているものとすることができる。このような反射パターンであれば、磁気スケールが軸線方向に移動した場合でも、光センサにより軸線回りの原点位置を検出できる。 In this case, the reflection pattern is for detecting the position of the origin around the axis, and the surface of the magnetized pattern may extend with a certain width in the axis direction. With such a reflection pattern, even when the magnetic scale moves in the axial direction, the origin position around the axial line can be detected by the optical sensor.
また、前記反射パターンは、前記軸線方向の原点位置を検出するためのものであり、前記着磁パターンの表面を軸線回りに一定幅で延びているものとすることができる。このような反射パターンであれば、磁気スケールが軸線回りに回転している場合でも、光センサにより軸線方向の原点位置を検出できる。 Further, the reflection pattern is for detecting the origin position in the axial direction, and can extend on the surface of the magnetized pattern with a constant width around the axis. With such a reflection pattern, the origin position in the axial direction can be detected by the optical sensor even when the magnetic scale rotates around the axial line.
この場合において、磁気スケールが直動する直動方向(軸線方向)の一方側の原点位置と他方側の原点位置の双方を検出するためには、前記反射パターンとして、前記軸線方向の第1方向の第1原点位置を検出するための第1方向側反射パターンと、前記第1方向とは反対の第2方向の第2原点位置を検出するための第2方向側反射パターンと、を備え、前記光センサとして、前記第1方向側反射パターンからの前記反射光を検出する第1光センサと、前記第2方向側反射パターンからの前記反射光を検出する第2光センサと、を備えるものとすることができる。 In this case, in order to detect both the origin position on one side and the origin position on the other side in the linear movement direction (axial direction) in which the magnetic scale moves linearly, the first direction in the axial direction is used as the reflection pattern. A first direction side reflection pattern for detecting the first origin position, and a second direction side reflection pattern for detecting a second origin position in a second direction opposite to the first direction, The optical sensor includes a first optical sensor that detects the reflected light from the first direction side reflection pattern, and a second optical sensor that detects the reflected light from the second direction side reflection pattern. It can be.
本発明において、軸線方向の原点位置および軸線回りの原点位置の双方を検出するためには、前記反射パターンは、前記軸線回りの原点位置を検出するための第1反射パターン部分と、前記軸線方向の原点位置を検出するための第2反射パターン部分と、を備え、前記第1反射パターンは、前記着磁パターンの表面を前記軸線方向に一定幅で延び、前記第2反射パターンは、前記着磁パターンの表面を軸線回りに一定幅で延びるものとすることができる。 In the present invention, in order to detect both the origin position in the axial direction and the origin position around the axis, the reflection pattern includes a first reflection pattern portion for detecting the origin position around the axis, and the axial direction. A second reflection pattern portion for detecting the origin position of the first reflection pattern, wherein the first reflection pattern extends on the surface of the magnetization pattern with a certain width in the axial direction, and the second reflection pattern The surface of the magnetic pattern can be extended with a constant width around the axis.
本発明において、前記第1磁気検出素子と前記第2磁気検出素子とを備えるセンサ基板を有し、前記第1磁気検出素子は、磁気抵抗素子であり、互いに90°の位相差で前記磁気スケールの直動を検出するA相の第1磁気抵抗パターンおよびB相の第1磁気抵抗パターンを備え、前記第2磁気検出素子は、磁気抵抗素子であり、互いに90°の位相差で前記磁気スケールの回転を検出するA相の第2磁気抵抗パターンおよびB相の第2磁気抵抗パターンを備え、前記A相の第1磁気抵抗パターンと前記B相の第1磁気抵抗パターンとは前記センサ基板上で積層されており、前記A相の第2磁気抵抗パターンと前記B相の第2磁気抵抗パターンとは前記センサ基板上で積層されていることが望ましい。 In this invention, it has a sensor board | substrate provided with the said 1st magnetic detection element and the said 2nd magnetic detection element, and the said 1st magnetic detection element is a magnetoresistive element, and the said magnetic scale is 90 degree phase difference mutually The first magnetic resistance pattern of A phase and the first magnetoresistive pattern of B phase for detecting linear motion of the magnetic field, and the second magnetic detection element is a magnetoresistive element, and the magnetic scale has a phase difference of 90 ° with respect to each other. A second magnetoresistive pattern of A phase and a second magnetoresistive pattern of B phase that detect rotation of the first phase, and the first magnetoresistive pattern of A phase and the first magnetoresistive pattern of B phase are on the sensor substrate. It is preferable that the A-phase second magnetoresistive pattern and the B-phase second magnetoresistive pattern are laminated on the sensor substrate.
このようにすれば、第1磁気検出素子と第2磁気検出素子をそれぞれ別のセンサ基板に備える場合と比較して、直動回転検出器が大型化することを抑制できる。また、このようにすれば、第1磁気検出素子および第2磁気検出素子をセンサ基板上において小さくできる。従って、センサ基板を小さくすることができ、装置を小型化できる。 If it does in this way, compared with the case where a 1st magnetic detection element and a 2nd magnetic detection element are each provided in another sensor board, it can control that a direct-acting rotation detector enlarges. In this way, the first magnetic detection element and the second magnetic detection element can be made small on the sensor substrate. Therefore, the sensor substrate can be made small, and the apparatus can be miniaturized.
本発明において、前記磁気スケールの軸線回りに対応する前記センサ基板上の幅方向における前記第1磁気検出素子の中心と前記第2磁気検出素子の前記幅方向の中心とは、前記センサ基板上で重なり、前記光センサの前記検出部は、前記第1磁気検出素子および前記第2磁気検出素子の幅方向の中心を通過して前記軸線を含む仮想面と重なり、前記幅方向における前記第1磁気検出素子の中心、前記幅方向における前記第2磁気検出素子の中心、および、前記検出部は、前記磁気スケールの曲率の頂点と対向することが望ましい。このようにすれば、第1磁気検出素子からの出力および第2磁気検出素子からの出力について、歪みの少ない正弦波を得ることが容易となる。また、光センサからの出力に基づいて正確な原点位置を取得することが容易となる。 In the present invention, the center of the first magnetic detection element and the center of the second magnetic detection element in the width direction on the sensor substrate corresponding to the axis of the magnetic scale are on the sensor substrate. The detection unit of the optical sensor overlaps the virtual plane including the axis passing through the center in the width direction of the first magnetic detection element and the second magnetic detection element, and the first magnetic field in the width direction. It is desirable that the center of the detection element, the center of the second magnetic detection element in the width direction, and the detection unit face the apex of the curvature of the magnetic scale. If it does in this way, it will become easy to obtain a sine wave with few distortions about the output from the 1st magnetic sensing element and the output from the 2nd magnetic sensing element. In addition, it becomes easy to obtain an accurate origin position based on the output from the optical sensor.
本発明において、前記検出部は、前記第1磁気検出素子および前記前記第2磁気検出素
子よりも、前記磁気スケールの表面から離間しているものとすることができる。このようにすれば、第1磁気検出素子および前記第2磁気検出素子を備えるセンサ基板と、光センサとの配置が容易となる。
In this invention, the said detection part shall be spaced apart from the surface of the said magnetic scale rather than the said 1st magnetic detection element and the said 2nd magnetic detection element. If it does in this way, arrangement | positioning of a sensor board | substrate provided with a 1st magnetic detection element and a said 2nd magnetic detection element, and an optical sensor will become easy.
本発明の直動回転検出器によれば、磁気スケールに設けた反射パターンを利用して原点位置を光学的に検出する。従って、原点位置の検出を簡易に行うことができる According to the linear motion rotation detector of the present invention, the origin position is optically detected using the reflection pattern provided on the magnetic scale. Therefore, the origin position can be easily detected.
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(直動回転駆動装置)
図1は本発明の直動回転検出器を備えた直動回転駆動装置の外観斜視図である。図2は図1の直動回転駆動装置を軸線を含む面で切断した断面図である。図3は図1の直動回転駆動装置の分解斜視図である。図1に示すように、直動回転駆動装置1は、出力軸2と、出力軸2を軸線Lに沿って移動させるリニアモータ部3と、出力軸2を軸線回りθに回転させる回転モータ部4と、ボールスプライン軸受5を備える。ボールスプライン軸受5は、出力軸2を軸線方向Xに移動可能に支持するとともに回転モータ部4の駆動力を出力軸2に伝達する。
(Linear rotation drive device)
FIG. 1 is an external perspective view of a linear motion rotation drive device equipped with a linear motion rotation detector of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the linear motion rotary drive device of FIG. 1 cut along a plane including an axis. FIG. 3 is an exploded perspective view of the linear motion rotary drive device of FIG. As shown in FIG. 1, a direct-acting
また、直動回転駆動装置1は、出力軸2の直動位置および回転位置を検出するための直動回転検出器7を備える。直動回転検出器7は、出力軸2に同軸に固定された筒状の磁気スケール8と、軸線Lと直交する方向から磁気スケール8に対向する磁気センサ9および光センサ10を備える。なお、図1乃至3では光センサ10が実装された回路基板を省略して示す。
Further, the linear motion
直動回転検出器7の磁気スケール8、リニアモータ部3、回転モータ部4、および、ボールスプライン軸受5は、軸線方向Xの一方側から他方側に向って、この順番で同軸に配置されている。なお、以下の説明では、軸線方向をXとし、軸線回りをθとする。
The
(リニアモータ部)
図2に示すように、リニアモータ部3は可動子11と固定子12とを有する。可動子11は出力軸2と出力軸2の外周面に固定した複数の永久磁石13を備える。各永久磁石13は、環状であり、軸線方向XにN極とS極とが着磁されている。複数の永久磁石13は、隣り合う永久磁石13同士が互いに同一の極を向けて対向する。本例では出力軸2に10個の永久磁石13が固定されている。
(Linear motor part)
As shown in FIG. 2, the
固定子12は可動子11の外周側に位置する。図1、2に示すように、固定子12は、同軸に配列した複数のコイル17を備える筒状のコイル配列体15と、コイル配列体15
に固定された配線基板16を備える。
The
The
図2、3に示すように、コイル配列体15は、軸線方向Xで隣り合う3つのコイル17を樹脂18により一体に被い固めた筒状のコイルユニット19を、複数、備える。各コイルユニット19は軸線方向Xで同軸に連結され、これによりコイル配列体15が構成されている。本例では、コイル配列体15は7つのコイルユニット19を備える。従って、コイル配列体15は21個のコイル17を備える。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
各コイルユニット19を軸線方向Xから見た場合の輪郭形状は矩形である。また、各コイルユニット19は、輪郭形状を構成する矩形の各辺の長さよりも軸線方向Xの高さ寸法が短い偏平形状である。各コイルユニット19の軸線方向Xの長さ寸法は、可動子11に固定された各永久磁石13の軸線方向Xの長さ寸法の2倍程度である。
When each
各コイルユニット19は軸線回りθに4つの側面を備える。図1に示すように、4つの側面のうちの一つの側面は基板固定面19aとなっている。図3に示すように、基板固定面19aからはコイルユニット19内の各コイル17の始端17aと終端17bが外側に露出(突出)している。各コイルユニット19は基板固定面19aを同一方向に向けた姿勢で連結される。配線基板16は、各コイルユニット19の基板固定面19aが軸線方向Xに並ぶことにより形成された平坦面(コイル配列体15の基板固定面)に固定される。配線基板16には各コイルユニット19の各コイル17の始端17aおよび終端17bが接続される。
Each
ここで、リニアモータ部3は3相モータであり、各コイルユニット19の3つのコイル17は、リニアモータ部3を駆動する際に、それぞれU相のコイル17(U)、V相のコイル17(V)、W相のコイル17(W)として機能する。リニアモータ部3では給電するコイル17を軸線方向Xに移動させながら可動子11を軸線方向Xに移動させる。
Here, the
(回転モータ部)
回転モータ部4は可動子21と固定子22とを有する。可動子21は出力軸2が貫通する中空のナットシャフト23を備える。図3に示すように、ナットシャフト23は、小径筒部23aと、小径筒部23aよりも大径の大径筒部23bを備える。大径筒部23bは小径筒部23aのボールスプライン軸受5の側に連続して設けられている。また、可動子21は、ナットシャフト23の小径筒部23aの外周面に固定された筒状のヨーク24と、ヨーク24の外周面に固定された筒状の永久磁石25を備える。永久磁石25は、筒状であり、軸線回りθ(周方向)にN極とS極が交互に複数着磁されている。
(Rotary motor part)
The
固定子22は永久磁石25の外周側に位置する。固定子22は、永久磁石25を外周側から囲む筒状のヨーク26と、ヨーク26の内周面に固定された複数のコイル27を備える。各コイル27は、その中空部を軸線Lと直交する半径方向に向けた姿勢でヨーク26に固定されている。複数のコイル27は軸線回りθに配列されている。本例では、固定子22は6つのコイル27を備える。ヨーク26はケース28により外周側から保持されている。ケース28を軸線方向Xから見た場合の輪郭形状は正方形である
The
コイル27への給電によりナットシャフト23は軸線回りθに回転する。ここで、ナットシャフト23の大径筒部23bの内周側には、ボールスプライン軸受5を構成するボールナット31が配置されている。なお、図2において、ボールスプライン軸受5を構成するボールおよび出力軸2に設けられたスプラインは省略されている。ナットシャフト23の回転は、ボールナット31を介して出力軸2に伝達される。従って、回転モータ部4が駆動されると出力軸2は回転する。ナットシャフト23の大径筒部23bは、軸受ケース32により覆われている。軸受ケース32を軸線方向Xから見た場合の輪郭形状は正方形
である。本形態の回転モータ部4を用いれば、可動子21が軸線方向Xに移動せずとも、出力軸2だけが軸線方向Xに移動可能なため、回転モータ部4の小型化を図ることが可能である。
By supplying power to the
(直動回転検出器)
図4は直動回転検出器7の説明図である。図4に示すように、磁気スケール8は円筒状である。図1乃至3に示すように、磁気スケール8は、その中心孔に出力軸2を貫通させた状態で出力軸2に同軸に固定されている。磁気スケール8は、出力軸2と一体に軸線方向Xに直動するとともに軸線回りθに回転する。なお、図4では光センサ10が実装された回路基板を省略して示す。
(Linear rotation detector)
FIG. 4 is an explanatory diagram of the linear
磁気スケール8は、出力軸2への固定部となる筒部材35と、筒部材35の外周側に固定された環状の永久磁石36を備える。永久磁石36は、軸線回りθの円周面に、軸線方向XにS極とN極とが交互に配列され、かつ、軸線回りθにS極とN極とが交互に着磁された格子状の着磁パターン37を備える。ここで、格子状の着磁パターン37は、軸線方向XにS極とN極とが交互に配列されて軸線方向Xに延びる軸方向トラック37aを軸線回りθに並列に複数備えるものである。また、格子状の着磁パターン37は、軸線回りθにS極とN極とが交互に配列されて軸線回りθに延びる周方向トラック37bを軸線方向Xに並列に複数備えるものである。
The
ここで、磁気スケール8において、着磁パターン37と重なる位置には反射パターン38が設けられている。反射パターン38は、磁気スケール8における着磁パターン37の表面に貼り付けられたシート状部材39の表面である。シート状部材39は、表面に銀が蒸着されており、その表面の反射率は95%以上である。シート状部材39の裏面は粘着材が塗布された粘着面である。シート状部材39(反射パターン38)は軸線方向Xに一定幅で延びている。シート状部材39(反射パターン38)の軸線方向Xにおける長さ寸法は、出力軸2の直動距離以上である。シート状部材39は非磁性である。
Here, in the
(磁気センサ)
磁気センサ9は、軸線Lと平行な姿勢で軸線Lと直交する方向から磁気スケール8に対向するセンサ基板40を備える。また、磁気センサ9は、センサ基板40において磁気スケール8に対向する基板表面40aに形成された直動位置検出用の第1磁気抵抗素子(第1磁気検出素子)41と回転位置検出用の第2磁気抵抗素子(第2磁気検出素子)42を備える。
(Magnetic sensor)
The
(第1磁気抵抗素子)
図5は磁気センサ9の説明図である。図5(a)の上段の左側の図は基板表面40aに第1磁気抵抗素子41を単層で形成した場合において、軸線方向Xから見た場合の磁気スケール8と、第1磁気抵抗素子41およびセンサ基板40の位置関係の説明図であり、図5(a)の上段の右側の図は、基板表面40aに第1磁気抵抗素子41を単層で形成した場合における磁気抵抗パターンの配置の説明図である。図5(a)の下段の左側の図は基板表面40aに第2磁気抵抗素子42を単層で形成した場合において、軸線方向Xから見た場合の磁気スケール8と、第2磁気抵抗素子42およびセンサ基板40の位置関係の説明図であり、図5(a)の下段の右側の図は、基板表面40aに第2磁気抵抗素子42を単層で形成した場合における磁気抵抗パターンの配置の説明図である。
(First magnetoresistive element)
FIG. 5 is an explanatory diagram of the
図5(b)の上段の左側の図は基板表面40aに第1磁気抵抗素子41を2層で形成した場合において、軸線方向Xから見た場合の磁気スケール8と、第1磁気抵抗素子41およびセンサ基板40の位置関係の説明図であり、図5(b)の上段の中央の図は、基板表面40aに第1磁気抵抗素子41を2層で形成した場合における磁気抵抗パターンの配置
の説明図であり、図5(b)の上段の右側の図は、図5(b)の上段の中央の図のX−X線における第1磁気抵抗素子41の断面を模式的に示した説明図である。図5(b)の下段の左側の図は基板表面40aに第2磁気抵抗素子42を2層で形成した場合において、軸線方向Xから見た場合の磁気スケール8と、第2磁気抵抗素子42およびセンサ基板40の位置関係の説明図であり、図5(b)の下段の中央の図は、基板表面40aに第2磁気抵抗素子42を2層で形成した場合における磁気抵抗パターンの配置の説明図であり、図5(b)の下段の右側の図は、図5(b)の下段の中央の図のY−Y線における第2磁気抵抗素子42の断面を模式的に示した説明図である。図5(c)の左側の図は、第1磁気抵抗素子41と第2磁気抵抗素子42とを積層した場合において、軸線方向Xから見た場合の磁気スケール8と、第1磁気抵抗素子41、第2磁気抵抗素子42およびセンサ基板40の位置関係の説明図であり、図5(c)の右側の図は、基板表面40aにおける第1磁気抵抗素子41と第2磁気抵抗素子42の配置の説明図である。図6は各磁気抵抗素子41、42が構成する回路の説明図である。
FIG. 5B shows the left side of the upper stage, in the case where the
第1磁気抵抗素子41は、その感磁方向を軸線方向Xに向けている。従って、第1磁気抵抗素子41は、磁気スケール8の着磁パターン37を、S極とN極とが交互に配列されて軸線方向Xに延びる軸方向トラック37aを軸線回りθに複数列備えるものとして、磁気スケール8が移動したときの磁界の変化を検出する。ここで、第1磁気抵抗素子41は、複数の軸方向トラック37aにおいて、軸線回りθで隣り合う2つの軸方向トラック37aの境界部分(N極とS極とが隣り合う部分)で発生する回転磁界を検出する。また、第1磁気抵抗素子41は磁気抵抗素子の飽和感度領域を利用して回転磁界を検出する。すなわち、第1磁気抵抗素子41は、後述する磁気抵抗パターンに電流を流し、かつ、抵抗値が飽和する磁界強度を印加して、境界部分で面内方向の向きが変化する回転磁界を検出する。
The
第1磁気抵抗素子41は、互いに90°の位相差で磁気スケール8の直動を検出するA相の第1磁気抵抗パターンSINおよびB相の第1磁気抵抗パターンCOSを備える。換言すれば、センサ基板40は、磁気スケール8から得られる同一の波長を90°の位相差で検出可能な位置にA相の第1磁気抵抗パターンSINとB相の第1磁気抵抗パターンCOSを備える。
The
また、A相の第1磁気抵抗パターンSINは、180°の位相差をもって磁気スケール8の直動を検出する+a相の第1磁気抵抗パターンSIN+と−a相の第1磁気抵抗パターンSIN−とを備える。同様に、B相の第1磁気抵抗パターンCOSは、180°の位相差をもって磁気スケール8の直動を検出する+b相の第1磁気抵抗パターンCOS+と−b相の第1磁気抵抗パターンCOS−とを備える。すなわち、+a相の第1磁気抵抗パターンSIN+と+b相の第1磁気抵抗パターンCOS+は、センサ基板40上において、磁気スケール8から得られる同一の波長を90°の位相差で検出可能な位置に形成されている。また、−a相の第1磁気抵抗パターンSIN−と−b相の第1磁気抵抗パターンCOS−は、センサ基板40上において、磁気スケール8から得られる同一の波長を90°の位相差で検出可能な位置に形成されている。
The A-phase first magnetoresistive pattern SIN includes a + a-phase first magnetoresistive pattern SIN + that detects a direct movement of the
図5(a)の上段の右側の図に示すように、+a相の第1磁気抵抗パターンSIN+、+b相の第1磁気抵抗パターンCOS+、−a相の第1磁気抵抗パターンSIN−、−b相の第1磁気抵抗パターンCOS−は、基板表面40a上において、各第1磁気抵抗パターンSIN+、SIN−、COS+、COS−が互いに重ならない配置に、単層で、形成することができる。
As shown in the upper right diagram in FIG. 5A, the first magnetoresistive pattern SIN + of + a phase, the first magnetoresistive pattern COS + of + b phase, the first magnetoresistive pattern SIN− of -a phase, -b The first magnetoresistive pattern COS− of the phase can be formed as a single layer on the
これに対して、本例では、A相の第1磁気抵抗パターンSIN(SIN+、SINー)とB相の第1磁気抵抗パターンCOS(COS+、COS−)をセンサ基板40上で2層
に重ねている。
On the other hand, in this example, the A-phase first magnetoresistive pattern SIN (SIN +, SIN−) and the B-phase first magnetoresistive pattern COS (COS +, COS−) are superimposed on the
より具体的には、図5(b)の上段の中央および右側の図に示すように、センサ基板40の基板表面40aに+b相の第1磁気抵抗パターンCOS+を形成し、その上に+a相の第1磁気抵抗パターンSIN+を積層している。また、センサ基板40の基板表面40a上に−a相の第1磁気抵抗パターンSIN−を形成し、その上に−b相の第1磁気抵抗パターンCOS−を積層している。なお、+a相の第1磁気抵抗パターンSIN+と、+b相の第1磁気抵抗パターンCOS+の積層関係は逆でもよい。また、−a相の第1磁気抵抗パターンSIN−と−b相の第1磁気抵抗パターンCOS−の積層関係は逆でもよい。
More specifically, as shown in the upper center and right diagrams of FIG. 5B, a + b phase first magnetoresistive pattern COS + is formed on the
第1磁気抵抗素子41を構成するA相の第1磁気抵抗パターンSINとB層の第1磁気抵抗パターンCOSをセンサ基板40上で積層すれば、センサ基板40上におけるA相の第1磁気抵抗パターンSINとB層の第1磁気抵抗パターンCOSの配置の自由度が増す。従って、A相の第1磁気抵抗パターンSIN(SIN+、SINー)とB相の第1磁気抵抗パターンCOS(COS+、COS−)を積層せずにセンサ基板40上に形成した場合と比較して、第1磁気抵抗素子41を小さくできる。
If the A-phase first magnetoresistive pattern SIN and the B-layer first magnetoresistive pattern COS constituting the
本例では、第1磁気抵抗素子41を構成するA相の第1磁気抵抗パターンSINとB層の第1磁気抵抗パターンCOSをセンサ基板40上で積層することにより、磁気スケール8の軸線回りθに対応する方向の第1磁気抵抗素子41の幅W1を、磁気スケール8の軸線方向Xに対応する方向の第1磁気抵抗素子41の高さH1(図5(b)上段参照)と比較して短くしている。また、本例では、第1磁気抵抗素子41の幅方向の中心を、円筒状の磁気スケール8の円周面に設けられた着磁パターン37の曲率の頂点と対向する位置に配置している。
In this example, the A-phase first magnetoresistive pattern SIN and the B-layer first magnetoresistive pattern COS constituting the
ここで、第1磁気抵抗素子41が磁界の変化を検出する着磁パターン37は、円筒状の磁気スケール8の円周面に設けられている。従って、センサ基板40を軸線Lと平行な姿勢として磁気スケール8の円周面に対向させたときに、第1磁気抵抗パターンとセンサ基板40との間のギャップGは軸線回りθ(周方向)で変化する。従って、磁気スケール8の軸線回りθに対応する方向の第1磁気抵抗素子41の幅W1を短くすることにより、第1磁気抵抗素子41からの出力について、磁気スケール8とセンサ基板40との間の曲率に伴うギャップ変動に起因する磁気強度部分の影響を抑制できる。
Here, the
なお、センサ基板40はガラス或いはシリコンからなる。基板表面40aに設けられる1層目の各磁気抵抗パターンSIN−、COS+は、半導体プロセスによって基板表面40aに強磁性体NiFe等の磁性体膜を積層することによって形成される。また、1層目の各磁気抵抗パターンSIN−、COS+に重ねられる2層目の各磁気抵抗パターンCOS−、SIN+は、1層目の各磁気抵抗パターン上にSiO2等の無機絶縁層を形成し、この無機絶縁層の上に、強磁性体NiFe等の磁性体膜を積層することによって形成される。
The
ここで、図6は、第1磁気抵抗素子41の各磁気抵抗パターンSIN+、SIN−、COS+、COS−が構成する回路図である。+a相の第1磁気抵抗パターンSIN+および−a相の第1磁気抵抗パターンSIN−は、図6(a)に示すように、ブリッジ回路を構成しており、いずれも一方端が電源端子(Vcc)に接続され、他方端がグランド端子(GND)に接続されている。また、+a相の第1磁気抵抗パターンSIN+の中点位置には、+a相が出力される端子+aが設けられ、−a相の第1磁気抵抗パターンSIN−の中点位置には、−a相が出力される端子−aが設けられる。従って、端子+a、端子−aからの出力を減算器に入力すれば歪の少ない正弦波の差動出力を得ることができる。
Here, FIG. 6 is a circuit diagram formed by the magnetoresistive patterns SIN +, SIN−, COS +, and COS− of the
同様に、+b相の磁気抵抗パターンCOS+および−b相の磁気抵抗パターンCOS−は、図6(b)に示すように、ブリッジ回路を構成しており、いずれも一方端が電源端子(Vcc)に接続され、他方端がグランド端子(GND)に接続されている。+b相の磁気抵抗パターンCOS+の中点位置には、+b相が出力される端子+bが設けられ、−b相の磁気抵抗パターンCOS−の中点位置には、−b相が出力される端子−bが設けられる。従って、端子+b、端子−bからの出力を減算器に入力すれば歪の少ない正弦波の差動出力を得ることができる。 Similarly, the + b-phase magnetoresistive pattern COS + and the -b-phase magnetoresistive pattern COS- constitute a bridge circuit as shown in FIG. 6B, and one end thereof is a power supply terminal (Vcc). The other end is connected to the ground terminal (GND). A + b phase output terminal + b is provided at the midpoint position of the + b phase magnetoresistive pattern COS +, and a −b phase output terminal is provided at the midpoint position of the −b phase magnetoresistive pattern COS−. -B is provided. Therefore, if the outputs from the terminal + b and the terminal -b are input to the subtracter, a sine wave differential output with less distortion can be obtained.
(第2磁気抵抗素子)
第2磁気抵抗素子42は、その感磁方向を軸線回りθ(周方向)に向けている。従って、第2磁気抵抗素子42は、磁気スケール8の着磁パターン37を、軸線回りθにS極とN極とが交互に配列されて軸線回りθに延びる周方向トラック37bを軸線方向Xに複数列備えるものとして、磁気スケール8が回転したときの磁界の変化を検出する。また、第2磁気抵抗素子42は、複数の周方向トラック37bにおいて、軸線方向Xで隣り合う2つの周方向トラック37bの境界部分(N極とS極とが隣り合う部分)で発生する回転磁界を検出する。また、第2磁気抵抗素子42は磁気抵抗素子の飽和感度領域を利用して回転磁界を検出する。すなわち、第2磁気抵抗素子42は、後述する磁気抵抗パターンに電流を流し、かつ、抵抗値が飽和する磁界強度を印加して、境界部分で面内方向の向きが変化する回転磁界を検出する。
(Second magnetoresistive element)
The
第2磁気抵抗素子42は、互いに90°の位相差で磁気スケール8の回転を検出するA相の第2磁気抵抗パターンSINおよびB相の第2磁気抵抗パターンCOSを備える。換言すれば、センサ基板40は、磁気スケール8から得られる同一の波長を90°の位相差で検出可能な位置にA相の第2磁気抵抗パターンSINとB相の第2磁気抵抗パターンCOSを備える。
The
また、A相の第2磁気抵抗パターンSINは、180°の位相差をもって磁気スケール8の回転を検出する+a相の第2磁気抵抗パターンSIN+と−a相の第2磁気抵抗パターンSIN−とを備える。同様に、B相の第2磁気抵抗パターンCOSは、180°の位相差をもって磁気スケール8の回転を検出する+b相の第2磁気抵抗パターンCOS+と−b相の第2磁気抵抗パターンCOS−とを備える。すなわち、+a相の第2磁気抵抗パターンSIN+と+b相の第2磁気抵抗パターンCOS+は、センサ基板40上において、磁気スケール8から得られる同一の波長を90°の位相差で検出可能な位置に形成されている。また、−a相の第2磁気抵抗パターンSIN−と−b相の第2磁気抵抗パターンCOS−は、センサ基板40上において、磁気スケール8から得られる同一の波長を90°の位相差で検出可能な位置に形成されている。
The A-phase second magnetoresistance pattern SIN includes a + a-phase second magnetoresistance pattern SIN + that detects the rotation of the
図5(a)の下段の右側の図に示すように、+a相の第2磁気抵抗パターンSIN+、+b相の第2磁気抵抗パターンCOS+、−a相の第2磁気抵抗パターンSIN−、−b相の第2磁気抵抗パターンCOS−は、基板表面40a上において、各第2磁気抵抗パターンSIN+、SIN−、COS+、COS−が互いに重ならない配置に、単層で、形成することができる。なお、+a相の第2磁気抵抗パターンSIN+、+b相の第2磁気抵抗パターンCOS+、−a相の第2磁気抵抗パターンSIN−、−b相の第2磁気抵抗パターンCOS−を基板表面40aに単層で形成した場合の各磁気抵抗パターンの配置関係は、+a相の第1磁気抵抗パターンSIN+、+b相の第1磁気抵抗パターンCOS+、−a相の第1磁気抵抗パターンSIN−、−b相の第1磁気抵抗パターンCOS−を基板表面40aに単層で形成した場合の各磁気抵抗パターン(図5(a)の上段の右側の図参照)を面内方向で90°回転させた場合と同様の配置関係である。
5A, the + a phase second magnetoresistance pattern SIN +, the + b phase second magnetoresistance pattern COS +, the −a phase second magnetoresistance pattern SIN−, −b The second magnetoresistive pattern COS− of the phase can be formed as a single layer on the
これに対して、本例では、A相の第2磁気抵抗パターンSIN(SIN+、SINー)とB相の第2磁気抵抗パターンCOS(COS+、COS−)をセンサ基板40上で2層に重ねている。
On the other hand, in this example, the A-phase second magnetoresistive pattern SIN (SIN +, SIN−) and the B-phase second magnetoresistive pattern COS (COS +, COS−) are stacked on the
より具体的には、図5(b)の下段の中央および右側の図に示すように、センサ基板40の基板表面40a上に−a相の第2磁気抵抗パターンSIN−を形成し、その上に+b相の第2磁気抵抗パターンCOS+を積層している。また、センサ基板40の基板表面40a上に−b相の第2磁気抵抗パターンCOS−を形成し、その上に+a相の第2磁気抵抗パターンSIN+を積層している。なお、−a相の第2磁気抵抗パターンSIN−と、+b相の第2磁気抵抗パターンCOS+の積層関係は逆でもよい。また、+a相の第2磁気抵抗パターンSIN+と−b相の第2磁気抵抗パターンCOS−の積層関係は逆でもよい。
More specifically, as shown in the lower center and right diagrams of FIG. 5B, the second magnetoresistive pattern SIN− of the −a phase is formed on the
第2磁気抵抗素子42を構成するA相の第2磁気抵抗パターンSINとB層の第2磁気抵抗パターンCOSをセンサ基板40上で積層すれば、センサ基板40上におけるA相の第2磁気抵抗パターンSINとB層の第2磁気抵抗パターンCOSの配置の自由度が増す。従って、A相の第2磁気抵抗パターンSIN(SIN+、SINー)とB相の第2磁気抵抗パターンCOS(COS+、COS−)を積層せずにセンサ基板40上に形成した場合と比較して、第2磁気抵抗素子42を小さくできる。これにより、センサ基板40の小型化が可能となるので、直動回転検出器7を小さくすることが可能となる。
If the second magnetoresistive pattern SIN of the A phase and the second magnetoresistive pattern COS of the B layer constituting the
本例では、第2磁気抵抗素子42を構成するA相の第2磁気抵抗パターンSINとB層の第2磁気抵抗パターンCOSをセンサ基板40上で積層することにより、磁気スケール8の軸線回りθに対応する方向の第2磁気抵抗素子42の幅W2を、磁気スケール8の軸線方向Xに対応する方向の第2磁気抵抗素子42の高さH2(図5(b)下段参照)と比較して短くしている。また、本例では、第2磁気抵抗素子42の幅方向の中心を、円筒状の磁気スケール8の円周面に設けられた着磁パターン37の曲率の頂点と対向する位置に配置している。
In this example, the A-phase second magnetoresistive pattern SIN and the B-layer second magnetoresistive pattern COS constituting the
ここで、第2磁気抵抗素子42が磁界の変化を検出する着磁パターン37は、円筒状の磁気スケール8の円周面に設けられている。従って、センサ基板40を軸線Lと平行な姿勢として磁気スケール8の円周面に対向させたときに、第2磁気抵抗パターンとセンサ基板40との間のギャップGは軸線回りθ(周方向)で変化する。従って、磁気スケール8の軸線回りθに対応する方向の第2磁気抵抗素子42の幅W2を短くすることにより、第2磁気抵抗素子42からの出力について、磁気スケール8とセンサ基板40との間の曲率に伴うギャップ変動に起因する磁気強度部分の影響を抑制できる。
Here, the
なお、第2磁気抵抗素子42についても、第1磁気抵抗素子41と同様に、基板表面40aに設けられる1層目の各磁気抵抗パターンSIN−、COS−は、半導体プロセスによって基板表面40aに強磁性体NiFe等の磁性体膜を積層することによって形成される。また、1層目の各磁気抵抗パターンSIN−、COS−に重ねられる2層目の各磁気抵抗パターンCOS+、SIN+は、1層目の各磁気抵抗パターン上にSiO2等の無機絶縁層を形成し、この無機絶縁層の上に、強磁性体NiFe等の磁性体膜を積層することによって形成される。
As for the
また、第2磁気抵抗素子42は、第1磁気抵抗素子41と同様の回路構成を備える。第2磁気抵抗素子42の回路構成は、図6に示すものと同様なので、その詳細な説明は省略する。
The
(第1磁気抵抗素子および第2磁気抵抗素子)
ここで、本例では、図5(c)に示すように、更に、第1磁気抵抗素子41と第2磁気抵抗素子42とをセンサ基板40上で積層している。すなわち、センサ基板40上では、第1磁気抵抗素子41を構成するA相の第1磁気抵抗パターンSINとB層の第1磁気抵抗パターンCOSとを2層に重ね、その上又は下に、第2磁気抵抗素子42を構成するA相の第2磁気抵抗パターンとB層の第2磁気抵抗パターンCOSを2層に重ねている。従って、本例では、センサ基板40上における、第1磁気抵抗素子41および第2磁気抵抗素子42の形成面積を小さくできる。これにより、センサ基板40を小さくできるので、直動回転検出器7を小さくすることが可能となる。
(First and second magnetoresistive elements)
Here, in this example, as shown in FIG. 5C, the
また、積層に際しては、第1磁気抵抗素子41と第2磁気抵抗素子42とは、それぞれの幅方向(磁気スケール8の軸線回りθに対応する方向)の中心を一致させている。よって、積層された第1磁気抵抗素子41および第2磁気抵抗素子42において、磁気スケール8の軸線回りθに対応する方向の幅Wは、磁気スケール8の軸線方向Xに対応する方向の第1磁気抵抗素子41の高さHと比較して短い。さらに、積層された第1磁気抵抗素子41および第2磁気抵抗素子42の幅方向の中心を、円筒状の磁気スケール8の円周面に設けられた着磁パターン37の曲率の頂点と対向する位置に配置している。従って、第1磁気抵抗素子41と第2磁気抵抗素子42のそれぞれの出力について、磁気スケール8とセンサ基板40との間の曲率に伴うギャップ変動に起因する磁気強度部分の影響を抑制できる。
Further, in the stacking, the
(光センサ)
次に、図4および図7を参照して光センサ10を説明する。図7は磁気スケール8、磁気センサ9および光センサ10の位置関係の説明図である。光センサ10はフォトリフレクターである。図7に示すように光センサ10は回路基板50に実装されている。回路基板50とセンサ基板40とは平行に配置されており、フレキシブルプリント基板51により接続されている。回路基板50は、センサ基板40よりも磁気スケール8から離間した位置にある。従って、光センサ10は、第1磁気抵抗素子41および第2磁気抵抗素子42よりも磁気スケール8から離間している。
(Optical sensor)
Next, the
図4に示すように、光センサ10は、検出光を射出する発光部54と、反射パターン38からの検出光の反射光を受光する検出部55を備える。光センサ10は、発光部54が磁気スケール8の軸線回りθの回転方向θ1において検出部55よりも後側に位置する。従って、反射パターン38が光センサ10による検出位置を通過する際には、反射パターン38は発光部54と対向する位置を通過した後に検出部55と対向する位置を通過する。光センサ10をこのような配置とすることにより、光センサ10と反射パターン38との距離に依存するギャップ特性が改善される。すなわち、光センサ10と反射パターン38との距離が目標とする距離に対してずれた場合でも、光センサ10からの出力が変動することを抑制できる。
As shown in FIG. 4, the
また、光センサ10は、その検出部55が、第1磁気抵抗素子41および第2磁気抵抗素子42の幅方向の中心を通過して軸線Lを含む仮想面Mと重なる。また、光センサ10の検出部55は、磁気スケール8の曲率の頂点と対向する。
Further, in the
なお、反射パターン38は、着磁パターン37において、磁気スケール8の回転を検出する第2磁気抵抗素子42のA相の第1磁気抵抗パターンSINからの出力が0となり、かつ、B相の第1磁気抵抗パターンCOSからの出力が最大となる位置(Arctan=0°)に取り付けられている。ここで、反射パターン38が光センサ10の検出位置を通過する際には、検出部55が検査光の反射光を受光する。これにより、光センサ10からは、矩形のアナログ信号が出力される。従って、直動回転検出器7において、軸線回りθの原点位置を取得できる。
The
(作用効果)
本例の直動回転検出器7によれば、磁気スケール8を用いて直動位置と回動位置を検出できる。よって、直動スケールと回転スケールとを軸線方向Xに配列する必要がない。また、第1磁気抵抗素子41と第2磁気抵抗素子を一つの磁気スケール8に設けられた着磁パターン37に対向して配置できるので、第1磁気抵抗素子41と第2磁気抵抗素子42とを軸線方向Xにおける同じ位置に配置できる。よって、直動回転検出器7が軸線方向Xに大型化することを抑制できる。
(Function and effect)
According to the linear
また、本例では、第1磁気抵抗素子41を構成するA相の第1磁気抵抗パターンSINとB層の第1磁気抵抗パターンCOSをセンサ基板40上で積層しているので、センサ基板40上におけるA相の第1磁気抵抗パターンSINとB層の第1磁気抵抗パターンCOSの配置の自由度が増す。同様に、第2磁気抵抗素子42を構成するA相の第2磁気抵抗パターンSINとB層の第2磁気抵抗パターンCOSをセンサ基板40上で積層しているので、センサ基板40上におけるA相の第2磁気抵抗パターンSINとB層の第2磁気抵抗パターンCOSの配置の自由度が増す。さらに、本例では、第1磁気抵抗素子41と第2磁気抵抗素子42とをセンサ基板40上で積層している。従って、各磁気抵抗素子41、42において、A相の磁気抵抗パターンSIN(SIN+、SINー)とB相の磁気抵抗パターンCOS(COS+、COS−)を積層せずにセンサ基板40上に形成した場合や、第1磁気抵抗素子41と第2磁気抵抗素子42を積層せずにセンサ基板40上に形成した場合と比較して、磁気センサ99を小さくできる。
In this example, the A-phase first magnetoresistive pattern SIN and the B-layer first magnetoresistive pattern COS constituting the
さらに、本例では、第1磁気抵抗素子41を構成するA相の第1磁気抵抗パターンSINとB層の第1磁気抵抗パターンCOSをセンサ基板40上で積層することにより、磁気スケール8の軸線回りθに対応する方向の第1磁気抵抗素子41の幅W1を、磁気スケール8の軸線方向Xに対応する方向の第1磁気抵抗素子41の高さH1と比較して短くしている。そして、第1磁気抵抗素子41の幅方向の中心を、円筒状の磁気スケール8の円周面に設けられた着磁パターン37の曲率の頂点と対向する位置に配置している。また、第2磁気抵抗素子42を構成するA相の第2磁気抵抗パターンSINとB層の第2磁気抵抗パターンCOSをセンサ基板40上で積層することにより、磁気スケール8の軸線回りθに対応する方向の第2磁気抵抗素子42の幅W2を、磁気スケール8の軸線方向Xに対応する方向の第2磁気抵抗素子42の高さH2と比較して短くしている。そして、第2磁気抵抗素子42の幅方向の中心を、円筒状の磁気スケール8の円周面に設けられた着磁パターン37の曲率の頂点と対向する位置に配置している。従って、第1磁気抵抗素子41と第2磁気抵抗素子42のそれぞれの出力について、磁気スケール8とセンサ基板40との間の曲率に伴うギャップ変動に起因する磁気強度部分の影響を抑制できる。
Further, in this example, the A-phase first magnetoresistive pattern SIN and the B-layer first magnetoresistive pattern COS constituting the
ここで、磁気スケール8とセンサ基板40との間の曲率に伴うギャップ変動に起因する磁気強度部分の影響を抑制すれば、第1磁気抵抗素子41と第2磁気抵抗素子42のそれぞれから出力されるアナロク信号の品位が向上する。すなわち、アナロク信号として、理想的な正弦波に近い出力を得ることができる。また、第1磁気抵抗素子41と第2磁気抵抗素子42のそれぞれについて、磁気スケール8の軸線回りθに対応する方向の幅W1、W2を小さくすれば、磁気スケール8を細径化(小径化)できる。よって、直動回転検出器7を小型化できる。
Here, if the influence of the magnetic strength portion caused by the gap fluctuation caused by the curvature between the
さらに、本例では、磁気スケール8に設けた反射パターン38を利用して軸線回りθの原点位置を光学的に検出する。すなわち、磁気スケール8に設けた反射パターン38からの検査光の反射光を光センサ10で検出して原点位置を取得する。従って、原点位置を検出するために複数の検出器からの出力を演算する必要がなく、原点位置の検出を簡易に行うことができる。
Further, in this example, the origin position of θ around the axis is optically detected using the
また、本例では、原点位置を検出するための反射パターン38と磁気スケール8における着磁パターン37が重なる位置に設けられている。従って、磁気スケール8に反射パターン38を設けた場合でも、直動回転検出器7が軸線方向Xに大型化することがない。
Further, in this example, the
さらに、反射パターン38を備えるシート状部材39を着磁パターン37の表面に張り付けることにより磁気スケール8に反射パターン38を設ける。従って、反射パターン38を設けることが容易である。ここで、反射パターン38は、着磁パターン37の表面を軸線方向Xに一定幅で延びる。従って、磁気スケール8が軸線方向Xに移動した場合でも、光センサ10により軸線回りθの原点位置を検出できる。
Further, the
また、光センサ10が実装された回路基板50は、センサ基板40よりも磁気スケール8から離間した位置にある。従って、光センサ10は、第1磁気抵抗素子41および第2磁気抵抗素子42よりも磁気スケール8から離間する。従って、1磁気抵抗素子41および第2磁気抵抗素子42を備えるセンサ基板40と光センサ10を配置することが容易である。
In addition, the
さらに、本例では、第1磁気抵抗素子41における幅方向の中心、第2磁気抵抗素子42における幅方向の中心、および、光センサ10の検出部55は、軸線Lを含む仮想面Mと重なり、磁気スケール8の曲率の頂点と対向している。従って、光センサ10からの出力に基づいて正確な原点位置を取得できる。
Further, in this example, the center in the width direction of the
(変形例1)
上記の例では、磁気スケール8に、反射パターンとして、軸線回りθの原点位置を検出するためのものが設けられているが、反射パターンとして、軸線方向Xの原点位置を検出するためのものを設けてもよい。図8は軸線方向Xの原点位置を検出する反射パターンを設けた変形例1の直動回転検出器7Aの説明図である。図8(a)は直動回転検出器7Aが軸線方向Xの第1方向X1の第1原点位置を検出した状態を示し、図8(b)は直動回転検出器7Aが軸線方向Xの第2方向X2の第2原点位置を検出した状態を示す。なお、本例の直動回転検出器7Aは、反射パターン38および光センサ10を除く他の構成が上記の直動回転検出器7と同一である。従って、反射パターン38および光センサ10を説明して、他の説明を省略する。
(Modification 1)
In the above example, the
本例では、反射パターン38は、着磁パターン37の表面を軸線回りθに一定幅で延びている。また、反射パターン38は磁気スケール8(着磁パターン37)の全周に亘って延びている。さらに、本例では、反射パターン38として、軸線方向Xの第1方向X1の第1原点位置8Aを検出するための第1方向側反射パターン38aと、第1方向X1とは反対の第2方向X2の第2原点位置8Bを検出するための第2方向側反射パターン38bを備える。また、本例では、光センサ10として、第1方向側反射パターン38aからの検査光の反射光を検出する第1光センサ10aと、第2方向側反射パターン38bからの検査光の反射光を検出する第2光センサ10bを備える。
In this example, the
本例では、図8(a)に示すように、磁気スケール8が第1方向X1の第1原点位置8Aにある場合に、第1光センサ10aが第1方向側反射パターン38aからの検査光の反射光を検出する。一方、図8(b)に示すように、磁気スケール8が第2方向X2の第2原点位置8Bにある場合に、第2光センサ10bが、第2方向側反射パターン38bからの検査光の反射光を検出する。従って、本例の直動回転検出器7Aによれば、磁気スケール8の軸線方向Xの第1方向X1の原点位置8Aおよび第2方向X2の原点位置8Bを検出できる。また、反射パターン38a、38bが着磁パターン37の表面を軸線回りθに一定幅で延びているので、磁気スケール8が軸線回りθに回転している場合でも、光セン
サ10a、10bにより軸線方向Xの原点位置8A、8Bを検出できる。
In this example, as shown in FIG. 8A, when the
なお、第2方向側反射パターン38bおよび第2光センサ10bを省略して、磁気スケール8が第1原点位置8Aにある場合のみを検出可能としてもよい。また、第1方向側反射パターン38aおよび第1光センサ10aを省略して、磁気スケール8が第2原点位置8Bにある場合のみを検出可能としてもよい。
Note that the second direction
(変形例2)
図9は、磁気スケール8に、軸線回りθの原点位置を検出するための検出する反射パターン部分と、軸線方向Xの原点位置を検出するための反射パターン部分を備える反射パターンを設けた変形例2の直動回転検出器7Bの説明図である。本例の直動回転検出器7Bでは、反射パターン38および光センサ10を除く他の構成が上記の直動回転検出器7と同一である。従って、反射パターン38および光センサ10を説明して、他の説明を省略する。
(Modification 2)
FIG. 9 shows a modified example in which a reflection pattern part for detecting the origin position around the axis θ and a reflection pattern part for detecting the origin position in the axial direction X are provided on the
本例では、反射パターン38は、軸線回りθの原点位置を検出するための第1反射パターン部分61と、軸線方向Xの第1方向X1の原点位置を検出するための第2反射パターン部分62と、軸線方向Xの第2方向X1の原点位置を検出するための第3反射パターン部分63を備える。第1反射パターン部分61は着磁パターン37の表面を軸線方向Xに一定幅で延びる。第1反射パターン部分61は直動回転検出器7の磁気スケール8に設けた反射パターン38と同一である。第2反射パターン部分62および第3反射パターン部分63は着磁パターン37の表面を軸線回りθに一定幅で延びる。第2反射パターン部分62および第3反射パターン部分63は直動回転検出器7Aの磁気スケール8に設けた反射パターン38a、38bと同一である。
In this example, the
また、本例では、光センサ10として、第1反射パターン部分61および第2反射パターン部分62からの検査光の反射光を検出する第1光センサ10aと、第1反射パターン部分61および第3反射パターン部分63からの検査光の反射光を検出する第2光センサ10bを備える。
In this example, as the
本例では、直動回転検出器7Aと同様に、第1光センサ10aが第2反射パターン部分62からの検査光の反射光を検出した場合に、磁気スケール8の第1原点位置8Aを取得する(図8(a)参照)。第2光センサ10bが、第3反射パターン部分63からの検査光の反射光を検出した場合に、磁気スケール8の第2原点位置8Bを取得する(図8(b)参照)。そして、第1光センサ10aおよび第2光センサ10bの双方が第1反射パターン部分61からの検査光の反射光を検出した場合に、軸線回りθの原点位置を取得する。本例によれば、磁気スケール8に設けた反射パターン38により、軸線回りθの原点位置および軸線方向Xの原点位置のうちの一方を排他的に検出できる。
In this example, similarly to the linear
(その他の実施の形態)
なお、反射パターン38は、第1反射パターン部分と、第1反射パターン部分よりも反射率の低い第2反射パターン部分を備えるものとしてもよい。この場合には、光センサ10は、第1反射パターン部分からの検査光の反射光を検出するものとする。
(Other embodiments)
The
すなわち、上記の各例では、シート状部材39は、その表面の全体が反射率の高い反射パターンとなっているが、シート状部材39として、上記の例よりも幅方向に広いものを用い、その表面に反射率の異なる第1反射パターン38と第2反射パターン38を設け、反射率の高い第1反射パターン38からの反射光を光センサ10により検出するものとすることができる。例えば、金属箔などからなるシート状部材39の表面に黒インクなどで印刷を施すことより第2反射パターン38を設け、印刷が施されていない領域を、第1反
射パターン38とする。このようにすれば、シート状部材39の表面に反射パターンを精度よく設けることができる。
That is, in each of the above examples, the entire surface of the sheet-
上記の例では、磁気センサ9は磁気抵抗素子(第1磁気抵抗素子41と第2磁気抵抗素子42)を備えるが、磁気抵抗素子に替えてホール素子を用いることもできる。
In the above example, the
7・7A・7B・・・直動回転検出器
8・・・磁気スケール
8A・・・第1原点位置
8B・・・第2原点位置
10・・・光センサ
37・・・着磁パターン
38・・・反射パターン
38a・・・第1方向側反射パターン
38b・・・第2方向側反射パターン
39・・・シート状部材
40・・・センサ基板
41・・・第1磁気抵抗素子(第1磁気検出素子)
42・・・第2磁気抵抗素子(第2磁気検出素子)
55・・・検出部
61・・・第1反射パターン部分
62・・・第2反射パターン部分
L・・・軸線
M・・・仮想面
X・・・軸線方向
X1・・・第1方向
X2・・・第2方向
7 · 7A · 7B ···
42 ... 2nd magnetoresistive element (2nd magnetic sensing element)
55...
Claims (9)
直動位置検出用の第1磁気検出素子と、
回転位置検出用の第2磁気検出素子と、
前記軸線方向および前記軸線回りの少なくとも一方の原点位置を検出するための反射パターンと、
前記反射パターンからの検査光の反射光を検出する検出部を備える光センサと、を有し、
前記磁気スケールは、前記軸線回りの周面に、前記軸線方向にS極とN極とが交互に配列され、かつ、前記軸線回りにS極とN極とが交互に着磁された格子状の着磁パターンを備え、
前記第1磁気検出素子および前記第2磁気検出素子は、前記着磁パターンに対向して配置され、
前記反射パターンは、前記磁気スケールにおける前記着磁パターンと重なる位置に設けられていることを特徴とする直動回転検出器。 A cylindrical magnetic scale that moves in the axial direction and rotates around the axis;
A first magnetic detecting element for detecting a linear motion position;
A second magnetic detection element for detecting the rotational position;
A reflection pattern for detecting an origin position of at least one of the axial direction and around the axial line;
An optical sensor including a detection unit that detects reflected light of inspection light from the reflective pattern;
The magnetic scale has a lattice shape in which S-poles and N-poles are alternately arranged in the axial direction on the circumferential surface around the axis, and S-poles and N-poles are alternately magnetized around the axis. With a magnetized pattern of
The first magnetic detection element and the second magnetic detection element are disposed to face the magnetization pattern,
The linear motion rotation detector, wherein the reflection pattern is provided at a position overlapping the magnetized pattern on the magnetic scale.
前記反射パターンを備えるシート状部材を有し、
前記シート状部材は、前記磁気スケールにおける前記着磁パターンの表面に貼り付けられていることを特徴とする直動回転検出器。 In claim 1,
A sheet-like member provided with the reflective pattern;
The linear rotation detector, wherein the sheet-like member is attached to a surface of the magnetized pattern in the magnetic scale.
前記反射パターンは、前記軸線回りの原点位置を検出するためのものであり、前記着磁パターンの表面を前記軸線方向に一定幅で延びていることを特徴とする直動回転検出器。 In claim 1 or 2,
The linear motion rotation detector, wherein the reflection pattern is for detecting an origin position around the axis, and the surface of the magnetized pattern extends with a constant width in the axis direction.
前記反射パターンは、前記軸線方向の原点位置を検出するためのものであり、前記着磁パターンの表面を軸線回りに一定幅で延びていることを特徴とする直動回転検出器。 In claim 1 or 2,
The linear motion rotation detector, wherein the reflection pattern is for detecting an origin position in the axial direction, and extends on the surface of the magnetized pattern with a constant width around the axis.
前記反射パターンとして、前記軸線方向の第1方向の第1原点位置を検出するための第1方向側反射パターンと、前記第1方向とは反対の第2方向の第2原点位置を検出するための第2方向側反射パターンと、を備え、
前記光センサとして、前記第1方向側反射パターンからの前記反射光を検出する第1光センサと、前記第2方向側反射パターンからの前記反射光を検出する第2光センサと、を備えることを特徴とする直動回転検出器。 In claim 4,
As the reflection pattern, a first direction side reflection pattern for detecting a first origin position in the first direction in the axial direction and a second origin position in a second direction opposite to the first direction are detected. And a second direction side reflection pattern of
The optical sensor includes a first optical sensor that detects the reflected light from the first direction-side reflection pattern, and a second optical sensor that detects the reflected light from the second direction-side reflection pattern. A linear motion rotation detector.
前記反射パターンは、前記軸線回りの原点位置を検出するための第1反射パターン部分と、前記軸線方向の原点位置を検出するための第2反射パターン部分と、を備え、
前記第1反射パターン部分は、前記着磁パターンの表面を前記軸線方向に一定幅で延び、
前記第2反射パターン部分は、前記着磁パターンの表面を軸線回りに一定幅で延びることを特徴とする直動回転検出器。 In claim 2,
The reflection pattern includes a first reflection pattern portion for detecting an origin position around the axis, and a second reflection pattern portion for detecting an origin position in the axis direction,
The first reflection pattern portion extends on the surface of the magnetization pattern with a constant width in the axial direction,
The linear motion rotation detector, wherein the second reflection pattern portion extends on the surface of the magnetized pattern with a constant width around an axis.
前記第1磁気検出素子と前記第2磁気検出素子とを備えるセンサ基板を有し、
前記第1磁気検出素子は、磁気抵抗素子であり、互いに90°の位相差で前記磁気スケールの直動を検出するA相の第1磁気抵抗パターンおよびB相の第1磁気抵抗パターンを
備え、
前記第2磁気検出素子は、磁気抵抗素子であり、互いに90°の位相差で前記磁気スケールの回転を検出するA相の第2磁気抵抗パターンおよびB相の第2磁気抵抗パターンを備え、
前記A相の第1磁気抵抗パターンと前記B相の第1磁気抵抗パターンとは前記センサ基板上で積層されており、
前記A相の第2磁気抵抗パターンと前記B相の第2磁気抵抗パターンとは前記センサ基板上で積層されていることを特徴とする直動回転検出器。 In any one of claims 1 to 6,
A sensor substrate including the first magnetic detection element and the second magnetic detection element;
The first magnetic detection element is a magnetoresistive element, and includes a first magnetoresistive pattern of A phase and a first magnetoresistive pattern of B phase that detect linear motion of the magnetic scale with a phase difference of 90 ° with each other,
The second magnetic sensing element is a magnetoresistive element, and includes an A-phase second magnetoresistive pattern and a B-phase second magnetoresistive pattern that detect rotation of the magnetic scale with a phase difference of 90 ° from each other.
The A-phase first magnetoresistive pattern and the B-phase first magnetoresistive pattern are stacked on the sensor substrate,
The linear motion rotation detector, wherein the A-phase second magnetoresistive pattern and the B-phase second magnetoresistive pattern are stacked on the sensor substrate.
前記磁気スケールの軸線回りに対応する前記センサ基板上の幅方向における前記第1磁気検出素子の中心と前記第2磁気検出素子の前記幅方向の中心とは、前記センサ基板上で重なり、
前記光センサの前記検出部は、前記第1磁気検出素子および前記第2磁気検出素子の幅方向の中心を通過して前記軸線を含む仮想面と重なり、
前記幅方向における前記第1磁気検出素子の中心、前記幅方向における前記第2磁気検出素子の中心、および、前記検出部は、前記磁気スケールの曲率の頂点と対向することを特徴とする直動回転検出器。 In claim 7,
The center of the first magnetic detection element in the width direction on the sensor substrate corresponding to the axis of the magnetic scale and the center of the second magnetic detection element in the width direction overlap on the sensor substrate,
The detection unit of the optical sensor passes through the center in the width direction of the first magnetic detection element and the second magnetic detection element and overlaps a virtual plane including the axis,
The linear motion characterized in that the center of the first magnetic detection element in the width direction, the center of the second magnetic detection element in the width direction, and the detection unit face the vertex of curvature of the magnetic scale. Rotation detector.
前記検出部は、前記第1磁気検出素子および前記前記第2磁気検出素子よりも、前記磁気スケールの表面から離間することを特徴とする直動回転検出器。 In claim 7 or 8,
The linear motion rotation detector, wherein the detection unit is further away from the surface of the magnetic scale than the first magnetic detection element and the second magnetic detection element.
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