JP2502912Y2

JP2502912Y2 - 位置検出機構

Info

Publication number: JP2502912Y2
Application number: JP3264091U
Authority: JP
Inventors: 淳平山
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-05-10
Filing date: 1991-05-10
Publication date: 1996-06-26
Anticipated expiration: 2006-05-10
Also published as: JPH04127506U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、位置検出機構、更に
詳しくは、回転体の回転位置を検出する機構に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】回転円筒等の回転体の回転位置、あるい
は回転速度を精密、かつ安定に検出するための機構は、
従来、回転式エンコーダと称されていて、光学的検出手
段によるもの、あるいは磁気的検出手段によるもの等が
提案されている。上記光学的検出手段によるものはピッ
チの細かい光学パターンを光検出器で検出するようにし
たものであり、磁気的検出手段によるものはホール素
子，半導体ＭＲ素子，強磁性薄膜ＭＲ素子などの磁気感
応素子を用いて磁気パターンを読み取るようにしたもの
である。

【０００３】磁気的検出手段によって回転位置を検出す
るエンコーダでは、微少ピッチの磁気パターンをロ−タ
に着磁して、これを検出しようとすると着磁面と磁気感
応素子との距離を正確に保つ必要がある。そして、これ
を実現するに当っては、特開平１−１４８０７８号公報
に開示されているものは、微少磁気パターンと磁気感応
素子との間隔を一定に保つための間隔規定部材を両者の
間に挟み込み、磁気パターンと磁気感応素子のいずれか
一方を他方に向けてバネで圧着させて、間隔を規定する
構造を採用している。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】ところが、例えば数μ
ｍ〜数十μｍ程度の微少な位置を検出する場合には、こ
れを実現するための検出機構は、大変複雑になり、極め
て高価なものとなる。即ち、上記光学的検出手段の場合
には検出用の光学パターンは、数μｍ〜数十μｍピッチ
のものを作らなけらばならないが、この光学パターンの
製作は極めて困難で高価なものとなるし、組立時におけ
る検出器と光学パターンの位置出し精度を高精度にしな
ければならないという組立てにおいても困難さを伴う。
また、磁気的検出手段においては、検出用パターンピッ
チは通常のもので１００μｍ〜２００μｍ程度になる
が、この程度の微少パターンになると検出用パターンと
検出器のギャップを精度良く保つ必要があり、その機構
は複雑で高価なものとなる。

【０００５】検出用パターンと検出器の間隔は、通常検
出用パターンピッチの５０％程度（５０〜１００μｍ）
で、その許容範囲は検出用パターンの５％（５〜１０μ
ｍ）程度と非常に厳しいものである。

【０００６】上記特開平１−１４８０７８号公報に開示
されているものでは、磁気感応素子の検出面に間隔を規
定する部材を接着しているが、この手段では、間隔を規
定する部材と検出面の間の接着剤の厚みが検出用パター
ンと検出器の間隔に影響し、前述したように、精度が必
要な検出用パターンと検出器の間隔を規定するのには、
個々のものにバラツキが多く実用上問題がある。また、
間隔を規定する５０〜１００μｍの薄板を検出器に接着
する場合の接着剤のはみ出しも５０μｍ〜１００μｍ程
度に抑える必要がある。更に、この間隔を規定する部材
は小さなもので、角のエッジによる磁気パターン面の摩
耗等が問題になる。更にまた、この間隔規定部材の他
に、検出器を平行に保つために検出器の支持板の四角の
突起が磁気パターンと同周面のロ−タと接しており、全
部で５つの部材が回転部材に接する構造となっている
が、５つの部材すべてが回転部材に接するのは無理があ
り、間隔を規定するのに最適な構造とはいえない。

【０００７】また、間隔を規定した上で、検出器を検出
用パターンへ板バネ等を用いて圧接させる手段を採用し
ているが、この手段は部品点数が多く構造も複雑であ
り、更には検出部の質量が増大し着磁パターン面の凹凸
に対するレスポンスが悪くなったりする。従って、本考
案の目的は、正確にして簡単な構造で、精度が高く、磁
気パターンの動きに対して安定した検出のできる位置検
出機構を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本考案による位置検出機
構は、対向する２つの部材の相対位置を検出する位置検
出機構において、一方の部材の、他方の部材に対向する
側面に設けられた磁気パターンと、この磁気パターンを
読み取る磁気感応素子と、一端を上記他方の部材に支持
されており、他端を上記磁気パターンと磁気感応素子と
の間に挿入され、該磁気感応素子を支持することにより
磁気パターンと磁気感応素子との間隔を決定すると共
に、磁気感応素子を磁気パターンに向けて付勢する板バ
ネと、を具備したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】磁気感応素子を磁気パターンに向けて付勢する
板バネに、磁気感応素子を固着し、この板バネを直接、
磁気パターンに当接させる。

【００１０】

【実施例】以下、図示の実施例によって本考案を説明す
る。図１は、本考案の第１実施例を示す位置検出機構の
斜視図である。なお、本実施例は、カメラの撮影レンズ
鏡筒におけるレンズ支持筒を繰り出す機能を持つ回転円
筒の回転を検出する場合の適用例である。

【００１１】レンズ鏡筒の固定の外筒１の内部にレンズ
光軸を一致させて、レンズ支持筒を繰り出す機能を持つ
回転円筒２が回転自在に配設されており、この一方の部
材である回転円筒２の、他方の部材である外筒１に対す
る正確な回転位置を、位置検出機構によって検出する。

【００１２】本実施例による位置検出機構は、上記回転
円筒２と一体の磁性体に着磁された微少ピッチの磁気パ
ターン３と、この磁気パターン３の磁気信号を検出する
磁気感応素子である磁気抵抗素子４と、上記微少ピッチ
の磁気パターン３と磁気抵抗素子４の間隔を規定し、磁
気抵抗素子４を磁気パターンへ圧着させる板バネ５と、
この板バネ５を支持する上記外筒１とで、その主要部が
構成されている。

【００１３】上記微少磁気パターン３は、図２に示すよ
うに、回転円筒２の一部に、ニッケル，コバルト等の強
磁性体の金属材料をコーティングし、その表面を研磨
し、Ｎ極とＳ極が微少ピッチで交互に着磁された帯状の
もので、回転円筒２と同一面になるように固定されてい
る。そして、この磁気パターン面に対して上記磁気抵抗
素子４が非常に狭いギャップをもって配設される。

【００１４】図３は、上記磁気抵抗素子４および上記板
バネ５によって構成される磁気ヘッドの構成を示す。板
バネ５の材質としては、リン青銅やベリリウム銅のよう
に透磁率が小さい非磁性体のバネ材料を用い曲げ加工に
より、図４に示すように加工される。即ち、板バネ５
を、その機能で分割すると、図４（Ａ）に示す如く、そ
の長さ方向に、ａ，ｂ，ｃの３つの長さ部分に分けるこ
とができる。一端部の上記ａ部分は、その中程に取付用
長孔５ａを穿設されており、この取付用長孔５ａを貫通
する板バネ固定ビス６により、図１に示すように、外筒
１へ固定される部分であり、上記ｂ部分は、実際に弾性
力が作用する部分であって、他端部の上記ｃ部分は、磁
気抵抗素子４を固定し磁気抵抗素子と磁気パターンの間
隔を規定する部分である。

【００１５】そして、板バネ５は同バネを外筒１へ組み
付けたときに、板バネが撓んでｃ部分が磁気パターン３
へ押し付けられるように、図４（Ｂ）に示す如く、予め
θ₁の角度をａ部分とｂ部分の間に設けておく。また、
その時に、磁気抵抗素子４を固定するｃ部分がａ部分と
平行になるように、θ₂の角度をｂ部分とｃ部分の間に
も設けておく。

【００１６】一方、磁気抵抗素子４は図５に、その検出
面が示されるように、磁気抵抗素子４は、例えば８素子
のガラス基板のもので、配線用のＦＰＣ（フレキシブル
プリント基板）７が検出面側から８個の素子と平行に回
転円筒２の円周方向と直角に出ている。検出面にはＡＢ
相の素子が磁気パターンピッチの１／４の間隔δで配置
されており、９０度位相のずれたＡ，Ｂ相の信号を検出
している。また、上記ＦＰＣ７との接合部は補強樹脂８
が盛り上がっているが、板バネ５に接着するときには、
この接着剤の盛り上がり部をよけて接着する。

【００１７】このように構成されている磁気抵抗素子４
を、図３に示す如く、検出面を板バネ５側に向けて同板
バネに当てた状態で、磁気抵抗素子４の側面と板バネ５
上に、例えば耐久性の高いエポキシ樹脂系のアラルダイ
ト等を用いた接着剤９を盛るようにして固定する。この
ように固定すれば、磁気抵抗素子４の検出面と板バネ５
の間に隙間を生じることなく固定できるので、磁気抵抗
素子４と磁気パターン３間の間隔を正確に出すことがで
きる。

【００１８】前述した如く、板バネ５の材質は非磁性体
の金属を用いる。リン青銅やベリリウム銅などの銅材を
用いた場合、銅の真空に対する比磁化率は、−１０^-3〜
−１０^-7と微少なため、もとの磁気パターンからの磁界
を殆ど妨げることなく、板バネ５に検出面を向けて接着
された磁気抵抗素子で板バネを通して磁気パターンの磁
気信号を検出可能である。

【００１９】このようにして構成された磁気ヘッドを、
図１に示す如く、外筒１へ固定ビス６を用いて固定す
る。外筒１には、図１からも判るように磁気パターン３
に対向する位置に、周方向に長い長方形の窓孔１ａが設
けられていて、同孔１ａの、磁気パターン３と直角方向
の一側縁の中程には板バネと略同じ幅の溝穴１ｂが穿設
されている。この溝穴１ｂ内に板バネ５の一端部ａを落
とし込み、その長孔５ａ（図３参照）を貫通して固定用
のビス６をねじこんで板バネ５を固定する。この際、上
記固定用の長孔５ａは外筒１の円周方向の向かって伸び
た孔となるので、図６のように、例え磁気抵抗素子４の
中心が回転円筒２の頂からずれてしまった場合でも、そ
の長孔５ａによって位置調整を簡単に行うことができ
る。

【００２０】図７は、上記図１の磁気ヘッド周りの回転
方向の断面を示した図である。この図からも容易に判る
ように、板バネ５は撓みによって板バネに接着された磁
気抵抗素子４を回転円筒２の磁気パターン３へ圧着し、
同時に板バネ５は磁気抵抗素子の検出面と磁気パターン
の間隔を正確に板バネ５の厚みだけとっている。

【００２１】次に、図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に上記
板バネ５の種々の形状を示す。図８（Ａ）に示す形状の
板バネ５Ａは、前記図４に示した板バネ５のｂ部分の幅
を変えたもので、同一の板厚の材料を用いても板バネの
着磁パターンへの圧着力量を変えることができる。ま
た、図８（Ｂ）に示す形状の板バネ５Ｂは、板バネ５の
ｂ部分に長手方向の長孔５Ｂａを穿設することによって
同様に圧着力量を調節するようにしたもので、磁気抵抗
素子４の固定された磁気ヘッドにおいて、先端部のネジ
レやブレを抑えるのに効果がある。また、図８（Ｃ）に
示す形状の板バネ５Ｃは、前記板バネ５の、磁気抵抗素
子の検出面が接する部分のｃ部分に、切欠５Ｃａを設け
たもので、磁気パターン３の磁気信号を検出面が直接、
検出することができるので、比磁化率の比較的大きな材
料を板バネとして用いることができる。

【００２２】また、板バネはその厚みを変更することに
よって、磁気抵抗素子の磁気検出面と磁気パターンの間
隔を変えることができる。通常この間隔は、着磁ピッチ
の５０％程度であるので、着磁ピッチに合わせて板バネ
の厚さを選ぶことになる。

【００２３】このように構成された本実施例の位置検出
機構においては、回転円筒２が外筒１に対して回転する
と、同円筒と一体の微少ピッチの磁気パターン３も外筒
１に対して回転し、その磁気パターンの磁気信号を磁気
抵抗素子４が板バネ５を通して正確に検出し、回転円筒
２が停止した時には、その位置を誤差なく検出する。本
実施例のように位置検出機構を構成すれば、回転円筒２
が偏心して回転したり、外筒１と回転円筒２の間にラジ
アル方向のガタ付きが存在したとしても、板バネは常に
着磁パターン面の動きに追従して動き、磁気抵抗素子の
磁気検出面と磁気パターンの間隔は常に一定しており、
この間隔の変動が位置の出力信号に大きな影響を与え
る、この種の磁気的検出機構において、常に安定した正
確な出力信号を得られる。また、磁気抵抗素子４の検出
面には接着剤を塗らずに、素子４の側面に接着剤を盛る
ようにして固定しているため、磁気抵抗素子と磁気パタ
ーン面の間隔は接着剤の厚みを含まず、板バネの板厚だ
けで定まり、板厚の変更により容易に変えられる。しか
も磁気パターン面と板バネの接触面は曲面と平面がただ
接触しているだけなので、板バネの角のエッジによる磁
気パターンの磨耗に対しても影響が少ない。また、板バ
ネの基端部を外筒１に固定し、磁気抵抗素子を板バネの
先端部に固定しているため、磁気抵抗素子４は外筒１に
対して回転方向は不動で、ガタ付きのない正確な位置検
出が行える。

【００２４】なお、本実施例では磁気パターンは回転円
筒２にコーティングした後、着磁を行ったが、これは予
め磁気パターンを着磁してある金属マグネットやプラス
チックマグネットを回転円筒に組み込んでも良い。また
磁気抵抗素子の板バネへの固定も直接、接着する手段を
採ったが、検出面に接着剤を塗らなければ、他の部材で
上から押さえても良い。更に摺動性を良くするために、
板バネの磁気パターンとの接触面に潤滑材を用いても良
いし、板バネ自体に固定潤滑材をコーティングしても良
い。

【００２５】図９は、本考案の第２実施例の位置検出機
構を示したものである。この第２実施例における外筒１
Ａ，回転円筒２Ａおよび磁気パターン３Ａは前記第１実
施例と全く同様に構成されている。上記第１実施例と異
なるところは、板バネが両持ちの板バネ１０で形成され
ていることと、磁気感応素子がセラミック基板の磁気抵
抗素子４Ａで形成されていることである。即ち、この第
２実施例では磁気抵抗素子４Ａをセラミックの基板と
し、配線を検出面の裏側から引き出している。また、磁
気抵抗素子の着磁パターンに対する圧着や間隔出しは、
両持ちの板バネ１０を用い、板バネ１０と磁気抵抗素子
４Ａの接着にも第１実施例とは違う手段を採っている。

【００２６】図１０は、セラミック基板の磁気抵抗素子
４Ａを検出面側から見た図を示したものである。この素
子４Ａの形状は正方形に近く、磁気抵抗の端子４Ａａ〜
４Ａｄは裏面に出ているので、ＦＰＣ７Ａ（図９参照）
は検出面と反対側の面に固着される。図示のものは４素
子のものであって、Ａ，Ｂ相の素子は間隔が磁気パター
ンピッチの１／４の間隔δで配置されており、９０度位
相のずれたＡ，Ｂ相の信号を検出している。図９に示す
ように、検出面の裏側に固着されたＦＰＣ７Ａは板バネ
１０の長さ方向に引き出され、第１実施例よりは配線の
取り回しが容易になっている。

【００２７】図１１に両持ちの板バネ１０の展開図を示
す。この両持ちの板バネ１０は、中央部に略正方形の支
持固定部１０ａが形成され、長手方向の両端部には取付
用の長孔１０ｂ，１０ｃが穿設されている。この板バネ
１０の中央部両側の突出縁部１０ｄ，１０ｅを、プレス
の曲げ加工により、上方に立上げて図１２（Ａ），
（Ｂ）に示すように形成する。このように板バネ１０の
中央は両側が直角に折り曲げられ、磁気抵抗素子４Ａの
位置決めと接着面の確保の役目を果たしている。接着剤
は第１実施例同様エポキシ系樹脂のアラルダイト等を用
い、図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、検出面と板バ
ネは直接、接着せずに、磁気抵抗素子４Ａの側面と板バ
ネの上方へ折り曲げられた突出縁部１０ｄ，１０ｅの内
面とを接着する。このように接着することで検出面と着
磁パターンの間隔は板バネの厚さで正確に出すことがで
きる。

【００２８】この両持ち板バネ１０の外筒１Ａへの固定
は、上記第１実施例と同様、外筒１Ａの窓孔１Ａａの両
側縁部の中程の溝穴に、板バネ１０の両端部を落し込
み、取付用長孔１０ｂ，１０ｃを貫通してビス止めす
る。この場合、一方の長孔１０ｂには通常の固定ビス６
Ａを落とし込んでバネを固定し、他方の長孔１０ｃには
段付きの固定ビス６Ｂを貫通して板バネが可動可能な状
態で外筒１Ａに組み付ける。板バネ固定ビスの固定時に
は板バネの取付孔が長孔なので、前記第１実施例同様、
磁気抵抗素子４Ａの位置を最適の位置に調節することが
できる。この両持ちバネ１０の場合も、同じ板厚でも板
バネ幅を変えることで磁気パターンへの圧着力量を調整
することができるし、磁気抵抗素子と磁気パターン間の
距離も第１実施例同様、板バネの板厚を変えることで調
整可能である。

【００２９】このように構成した第２実施例の位置検出
機構においても、両持ちバネ１０によって磁気抵抗素子
４Ａが着磁パターン面へ圧着され、磁気抵抗素子４Ａと
磁気パターン３Ａの間隔も板バネ厚がそのまま規定する
ので、第１実施例と同様に正確な位置検出ができる。ま
た、第１実施例の図８に示した種々の板バネと同じ構造
のものを本第２実施例の両持ちバネにおいても用途に合
わせて選択することができる。

【００３０】板バネを両持ちバネにしたことにより、回
転円筒２Ａの偏心，ガタ付きによる磁気抵抗素子検出面
の捩じれ，ブレの減少に効果的である。また、検出面の
裏面に端子の出ている磁気抵抗素子４Ａを用いることで
配線の取り回し、スペース配分に効果がある。更に、両
持ち板バネを折り曲げて接着面を確保したことにより、
接着面を広くでき、接着強度も高くなる等の効果も得ら
れる。

【００３１】また、上記各実施例の位置検出機構では、
回転運動の位置検出を行ったが、これは直線運動の位置
検出機構としても使用することができることは言うまで
もない。図１４は、本考案の第３実施例であって、本考
案による位置検出機構を直線運動の位置検出に適用した
例である。この第３実施例においては、移動台１２に微
少ピッチの磁気パターン１３が着磁されている。移動台
１２は、固定台１１に対して磁気パターン１３の方向に
移動可能であり、固定台１１には磁気抵抗素子１４の接
着された板バネ１５が板バネ取付ビス１６によって固定
されている。上記板バネ１５は、微少ピッチの磁気パタ
ーン１３と磁気抵抗素子１４との間隔を、その板厚によ
って規定し、更に磁気抵抗素子１４を微少ピッチの磁気
パターン１３へ圧着させている。また、上記板バネ１５
は、その先端部のエッジによる磁気パターン１３の摩耗
を極力抑えるために、その先端部１５ａを上方へ鈍角に
曲げてある。一方、磁気抵抗素子１４は、前記第１実施
例と同様のガラス製のもので、その検出面には第１実施
例同様、接着剤を付けずに板バネ１５へ接着されてい
る。

【００３２】このように構成された第３実施例において
は、移動台１２が固定台１１に対して、微少ピッチの磁
気パターン１３の方向へ移動すると、固定台１１に固定
された板バネ１５上の磁気抵抗素子１４が微少ピッチの
磁気パターン１３の磁気信号を検出し、固定台１１に対
する移動台１２の位置を正確に検出することになる。こ
のように位置検出機構を構成すれば、回転運動の位置検
出だけでなく、直線運動の位置検出も可能である。

【００３３】

【考案の効果】以上述べたように本考案によれば、回転
体の外周面の一部あるいは直線運動をする移動体の一部
に、微少ピッチの磁気パターンを設け、この磁気パター
ンを磁気感応素子で読み取るようにすると共に、磁気感
応素子を板バネに固定し、板バネの撓みを利用して板バ
ネを上記磁気パターンに圧接させているので、回転体が
偏心して回転したり、外筒と回転体の間にラジアル方向
のガタ付きが存在し、また、移動体と固定台との間隔が
移動時に多少変化しても、磁気感応素子は板バネに追従
して動くので、磁気パターン面に対して板バネの厚み分
の一定の正確なギャップをおいて平行に保持されるの
で、安定した位置検出を行うことができる。また、外筒
に板バネを固定し、板バネに磁気感応素子を固定したこ
とにより、磁気感応素子は回転方向に対して外筒に固定
された状態となり、外筒と回転体の位置を、磁気感応素
子と外筒とのガタツキを検出することなく正確に検出す
ることができる。

【００３４】また、磁気感応素子と磁気パターン間のギ
ャップは板バネの厚みを変えることにより容易に調整可
能で様々な着磁ピッチの磁気パターンや磁気感応素子に
対応することができる。更に、バネ先端部の質量を最も
小さくすることが出来るので、回転体の動きに対して磁
気感応素子の追従性もよい。また、構成部品も基本的に
は外筒（固定体）、回転体（移動体）以外は、磁気感応
素子，板バネ，磁気パターンの３点のみであるから構造
も極めて簡単でコストも安価である。よって、本考案に
よれば、この種従来の欠点を除去した位置検出機構を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例を示す位置検出機構の斜視
図。

【図２】回転円筒に一体に設けられる磁気パターンの一
例を示す斜視図。

【図３】上記第１実施例における板バネと磁気抵抗素子
の斜視図。

【図４】上記第１実施例における板バネの展開図と側面
図。

【図５】上記第１実施例における磁気抵抗素子の平面
図。

【図６】上記第１実施例における板バネの回転体に対す
る調節機能を示す側面図。

【図７】上記第１実施例の位置検出機構の要部を拡大し
て示した断面図。

【図８】板バネの変形例をそれぞれ示す平面図。

【図９】本考案の第２実施例を示す位置検出機構の斜視
図。

【図１０】上記第２実施例に使用されている磁気抵抗素
子の拡大平面図。

【図１１】上記第２実施例に使用されている板バネの展
開図。

【図１２】上記図１１の板バネの折曲加工後の平面図と
側面図。

【図１３】上記折曲加工後の板バネに磁気抵抗素子を取
付た状態を示す平面図と側面図。

【図１４】本考案の第３実施例を示す位置検出機構の斜
視図。

【符号の説明】

１，１Ａ……………………………外筒（他方の部材）２，２Ａ……………………………回転円筒（一方の部
材）３，３Ａ……………………………磁気パターン４，４Ａ……………………………磁気抵抗素子（磁気感
応素子）５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，１０……板バネ

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】対向する２つの部材の相対位置を検出
する位置検出機構において、一方の部材の、他方の部材
に対向する側面に設けられた磁気パターンと、この磁気
パターンを読み取る磁気感応素子と、一端を上記他方の
部材に支持されており、他端を上記磁気パターンと磁気
感応素子との間に挿入され、該磁気感応素子を支持する
ことにより磁気パターンと磁気感応素子との間隔を決定
すると共に、磁気感応素子を磁気パターンに向けて付勢
する板バネと、を具備したことを特徴とする位置検出機
構。