JP2960570B2 - Magnetic encoder - Google Patents

Magnetic encoder

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JP2960570B2
JP2960570B2 JP11705291A JP11705291A JP2960570B2 JP 2960570 B2 JP2960570 B2 JP 2960570B2 JP 11705291 A JP11705291 A JP 11705291A JP 11705291 A JP11705291 A JP 11705291A JP 2960570 B2 JP2960570 B2 JP 2960570B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、磁気式エンコーダ及び
その製法に関し、特に、油空圧シリンダのピストンロッ
ド、ケーブルシリンダのケーブル及びスライドテーブル
シリンダのテーブル等の直線変位量の検出機能を有し往
復動作を行うシリンダ用の磁気式リニアエンコーダ及び
DCモータの回転センサ、角度センサ等の磁気式ロータ
リーエンコーダ並びにその製法に関する。また、本発明
は、直線方向に往復動作を行うロッドを備えるシリンダ
に関し、特に、可撓性又は屈曲性或は剛性を有するロッ
ドを備えると共に、該ロッドの直線変位量の検出機能を
備える油空圧シリンダに関する。本発明は、特に、産業
用ロボットにおいて、例えばピストンロッド等の直線変
位量を検出すると共に、その制御を行う機械機器の分野
に利用される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic encoder and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a magnetic encoder having a function of detecting a linear displacement of a piston rod of a hydraulic cylinder, a cable of a cable cylinder, and a table of a slide table cylinder. The present invention relates to a magnetic linear encoder for a cylinder that performs a reciprocating operation, a magnetic rotary encoder such as a rotation sensor and an angle sensor of a DC motor, and a method of manufacturing the same. In addition, the present invention relates to a cylinder having a rod that reciprocates in a linear direction, and more particularly, to a cylinder having a rod having flexibility, flexibility, or rigidity and having a function of detecting a linear displacement amount of the rod. Pressure cylinder. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is particularly used in the field of industrial machinery for detecting and controlling a linear displacement of a piston rod or the like in an industrial robot.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動化、省力化の発達に伴って、特に産
業用ロボットにおいて、位置制御機能を付加した油空圧
シリンダが、多方面に使用されている。このような、油
空圧シリンダの位置制御における位置検出方法として
は、磁界を検出する方式が最も安価であるため、各種の
磁気式検出方法が使用されている。これらの磁気式検出
方法によるロッドの位置は、例えば、ロッドの長手方向
に磁気スケールを形成しておき、ロッドの移動を、この
磁気スケールから磁気センサにより読み取って検出して
いる。
2. Description of the Related Art With the development of automation and labor saving, hydraulic and pneumatic cylinders provided with a position control function are used in various fields, particularly in industrial robots. As a position detection method in such position control of the hydraulic / pneumatic cylinder, a method of detecting a magnetic field is the cheapest, and thus various magnetic detection methods are used. The position of the rod by these magnetic detection methods is detected by, for example, forming a magnetic scale in the longitudinal direction of the rod and reading the movement of the rod from the magnetic scale by a magnetic sensor.

【0003】このようなロッドへの磁気スケールは、例
えば、磁性材料製のロッドの場合には、長手方向に一定
のピッチで溝を少なくとも一列に彫り、その溝を非磁性
材料で埋め、硬質クロームメッキを施して形成してお
り、また、非磁性材料製のロッドの場合には、長手方向
に溝を少なくとも一列に彫り、その溝に沿って所定の間
隔で着磁した磁石を固定して形成している。また、多極
着磁した円柱状の磁石をロッドに直結して、シリンダ内
に収納して、例えば、ピストンロッドに磁気スケールり
を設けるなどしている。
[0003] In the case of a magnetic scale for such a rod, for example, in the case of a rod made of a magnetic material, grooves are carved in at least one line at a constant pitch in the longitudinal direction, and the grooves are filled with a non-magnetic material to form a hard chrome. In the case of rods made of non-magnetic material, grooves are carved in at least one line in the longitudinal direction, and magnets magnetized at predetermined intervals along the grooves are fixed and formed. doing. In addition, a multipole-magnetized columnar magnet is directly connected to a rod and housed in a cylinder, for example, a magnetic scale is provided on a piston rod.

【0004】他方、磁気センサは、コイルを用いた方
式、ホール素子を用いた方式、半導体磁気抵抗素子を用
いた方式、強磁性体磁気抵抗素子(以下、MR素子と呼
ぶ)を用いた方式、バイアス磁石型のMR素子を用いた
方式等の方式があるが、弱磁界領域における磁界に対す
る出力電圧の変化が大きく、小さい着磁ピッチの検出が
可能であるところから、MR素子を用いて変位量の検出
が行われている。
On the other hand, magnetic sensors include a method using a coil, a method using a Hall element, a method using a semiconductor magnetoresistive element, a method using a ferromagnetic magnetoresistive element (hereinafter referred to as an MR element), There are methods such as a method using a bias magnet type MR element, but since the change in output voltage with respect to the magnetic field in the weak magnetic field region is large and a small magnetization pitch can be detected, the displacement amount using the MR element is used. Has been detected.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする問題点】しかし、例えば、従
来のピストンロッドにおけるピストンロッドの位置の検
出を、バイアス磁石外付き型のMR素子により行う場合
には、MR素子基板に対してパターンが形成されている
位置が分からないままに、バイアス磁界を付加している
ために、パターンに対して、正確に45°の方向に印加
することは困難であった。しかも、MR素子は温度依存
性が大きいために、バイアス磁界とパターンが形成する
角が45°からずれた分だけMR素子の温度が上昇した
場合、感度が低下する(例えば−0.2〜0.3%/
℃)と共に、出力電圧の温度変化が生じ、更に、同一の
磁界の強さでN極及びS極の出力の差が生じるなど、問
題とされている。
However, for example, in the case where the position of the piston rod in the conventional piston rod is detected by an MR element having an external bias magnet, a pattern is formed on the MR element substrate. Since the bias magnetic field is applied without knowing the position where the pattern is formed, it has been difficult to apply the pattern exactly in the direction of 45 ° to the pattern. In addition, since the MR element has a large temperature dependency, if the temperature of the MR element rises by an amount that the angle formed by the bias magnetic field and the pattern deviates from 45 °, the sensitivity decreases (for example, −0.2 to 0). 0.3% /
° C), a temperature change of the output voltage occurs, and a difference in the output of the N pole and the S pole occurs at the same magnetic field strength.

【0006】また、ロッドについては、溝を形成するの
に機械による加工が不可欠で割高であり、しかも、一列
の溝では、ロッドの回転等により検出不能となるため
に、回り止め加工が必要となり、また、複数の溝を形成
するには更に割高となって生産性が低下し問題である。
本発明は、以上のような従来のシリンダのピストンロッ
ド等についての磁気式位置検出における、装置の価格及
び位置制御の精度に係る問題点を解決することを目的と
している。
[0006] In addition, mechanical processing is indispensable for forming a groove for a rod, and the rod is expensive, and a single row of grooves cannot be detected due to rotation of the rod or the like. In addition, there is a problem that forming a plurality of grooves is more expensive and lowers productivity.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the problems related to the price of the device and the accuracy of position control in the magnetic position detection of the conventional piston rod of the cylinder as described above.

【0007】[0007]

【問題点を解決するための手段】本発明は、高精度の位
置制御を比較的安価に行うことができる磁気式エンコー
ダを提供することを目的としている。即ち、本発明は、
磁気スケール部材の表面に近接して磁気抵抗素子が設け
られている磁気式リニアエンコーダにおいて、磁気スケ
ール部材の表面の一部または全部に、該磁気スケール部
材の移動方向に一定のピッチで磁化されている高保磁力
の合金メッキ被膜が形成されていることを特徴とする磁
気式エンコーダにあり、また、本発明は、磁気スケール
部材の表面に近接して磁気抵抗素子が設けられている磁
気式エンコーダの製造方法において、磁気スケール部材
の表面の一部または全部に、高保磁力の合金メッキ被膜
をめっき法により形成し、前記合金メッキ皮膜を、前記
磁気スケール部材の移動方向に、一定のピッチで磁化さ
せることを特徴とする磁気式エンコーダの製造方法にあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a magnetic encoder capable of performing high-accuracy position control at relatively low cost. That is, the present invention
In a magnetic linear encoder in which a magnetoresistive element is provided close to the surface of a magnetic scale member, part or all of the surface of the magnetic scale member is magnetized at a constant pitch in the moving direction of the magnetic scale member. The magnetic encoder is characterized in that a high coercivity alloy plating film is formed, and the present invention provides a magnetic encoder in which a magnetoresistive element is provided in proximity to the surface of a magnetic scale member. In the manufacturing method, a high coercive force alloy plating film is formed on a part or all of the surface of the magnetic scale member by a plating method, and the alloy plating film is magnetized at a constant pitch in the moving direction of the magnetic scale member. A method for manufacturing a magnetic encoder, characterized in that:

【0008】本発明において、高保磁力の磁性皮膜は、
コバルト(Co)75乃至87重量%、ニッケル(N
i)8.5乃至22重量%、燐(P)2.5乃至4.5
重量%よりなる組成を有する硬磁性合金メッキ被膜であ
り、先に本発明者等が発明した600エールステッド以
上の高保磁力を有し、ピストンロッド等の位置制御のた
めの磁気的信号を記録することができる。本発明におけ
る磁性皮膜は、600エールステッド以上の保磁力を有
するが、コバルトの含有量が75重量%未満では保磁力
は急激に低下し、またコバルトの含有量が86重量%を
越すと600エールステッド以上の保磁力を達成するこ
とができない。またニッケルが8.5乃至22重量の範
囲外では、600エールステッド以上の高い保磁力を得
ることはできず、また燐が2.5乃至4.5重量%の範
囲外であるときは、保磁力は600エールステッド以下
となるので、この狭い範囲に制御する必要がある。
In the present invention, the magnetic film having a high coercive force is
75 to 87% by weight of cobalt (Co), nickel (N
i) 8.5 to 22% by weight, phosphorus (P) 2.5 to 4.5
It is a hard magnetic alloy plating film having a composition of weight%, has a high coercive force of 600 Oersteds or more invented by the present inventors, and records a magnetic signal for controlling the position of a piston rod or the like. be able to. The magnetic film according to the present invention has a coercive force of 600 Oe or more. However, when the cobalt content is less than 75% by weight, the coercive force drops sharply. A coercive force higher than Steed cannot be achieved. If nickel is out of the range of 8.5 to 22% by weight, a high coercive force of 600 Oe or more cannot be obtained. Since the magnetic force is less than 600 Oersteds, it is necessary to control within this narrow range.

【0009】本発明において、高保磁力の合金磁性皮膜
は、ロッドにメツキを施すことによってロツド表面に容
易にかつ簡単に形成されるので、ロッドの全面はもとよ
り、ロツドの表面に複数本の列に磁性皮膜を容易に形成
することができる。本発明における磁性層の保磁力は、
本発明の範囲内であれば組成を変えることによって60
0乃至1000エールステッドの範囲内で制御可能であ
り、また従来のめっき膜の様に膜厚によって保磁力は変
化しないので、用途に応じて保磁力の大きさ、膜厚を自
由に選択することができる。
In the present invention, the alloy magnetic film having a high coercive force is easily and easily formed on the rod surface by applying a plating to the rod, so that not only the entire surface of the rod but also a plurality of rows on the surface of the rod. A magnetic film can be easily formed. The coercive force of the magnetic layer in the present invention is:
By changing the composition within the scope of the present invention, 60
Since the coercive force can be controlled within the range of 0 to 1000 Oersted and the coercive force does not change depending on the film thickness unlike the conventional plating film, the magnitude of the coercive force and the film thickness can be freely selected according to the application. Can be.

【0010】本発明において、基材に下地処理を施すこ
とにより、どのような材質も基材としてメツキをするこ
とが可能であるので、とくに基材の材質に制約されるこ
とはない。しかし、軸に水平に着磁する場合には非磁性
材料が適しており、また着磁ピッチを狭くするために垂
直に着磁する場合には強磁性の基材にするかまたは基材
が非磁性の場合には強磁性の下地層を設ける事が望まし
い。また、保護膜として硬質クロームめっきまたは非磁
性のNiPめっきを施すことが望ましい。
In the present invention, any material can be used as a base material by subjecting the base material to a base treatment, and there is no particular restriction on the material of the base material. However, a non-magnetic material is suitable when magnetizing the axis horizontally, and a ferromagnetic substrate or a non-magnetic substrate is used when magnetizing vertically to narrow the magnetizing pitch. In the case of magnetism, it is desirable to provide a ferromagnetic underlayer. Further, it is desirable to apply hard chrome plating or non-magnetic NiP plating as a protective film.

【0011】また、本発明において、バイアス磁石一体
型MR素子は、硬磁性材料からなる基板(例えば硬磁性
フェライト基板)と薄膜形成(蒸着等の手段による)に
適した基板(例えばガラス基板等)をあらかじめ貼り合
わせおき、この貼り合わせた基板(以下複合基板とい
う)を使用して薄膜形成からパターン形成を行い、後に
必要な着磁を行って、MR素子としたものであり、この
バイアス磁石一体型MR素子は、検出しようとする磁界
の大きさをリニアに検出する素子であり、バイアス磁界
が150エールステッドまでの間では、本発明のMR素
子はその出力がリニアな正弦波形となるので、ロツドの
着磁ピッチλに対して正確な位置の検出を行うことがで
きる。本発明において、磁気センサは、MR素子の出力
信号を十分大きくすることができるように、磁気的信号
を直接MR素子で読み取る方式とされ、バイアス磁石一
体型MR素子とされる。
In the present invention, the bias magnet-integrated MR element includes a substrate made of a hard magnetic material (for example, a hard magnetic ferrite substrate) and a substrate (for example, a glass substrate, etc.) suitable for forming a thin film (by means such as vapor deposition). Are bonded in advance, a pattern is formed from thin film formation using the bonded substrate (hereinafter, referred to as a composite substrate), and necessary magnetization is performed later to form an MR element. The body type MR element is an element that linearly detects the magnitude of the magnetic field to be detected, and the output of the MR element of the present invention has a linear sine waveform until the bias magnetic field is up to 150 Oersteds. An accurate position can be detected with respect to the rod magnetization pitch λ. In the present invention, the magnetic sensor is of a type in which a magnetic signal is directly read by the MR element so that the output signal of the MR element can be sufficiently increased, and is a bias magnet-integrated MR element.

【0012】バイアス磁石一体型MR素子は、保持部材
に支持して設けることができる。この場合、磁気スケー
ル部材の磁性メッキ皮膜に近接する位置、例えば、磁気
スケール部材の着磁ピッチλの1/4の位置に固定され
るのが好ましい。したがって、バイアス磁石一体型MR
素子保持部材のバイアス磁石一体型MR素子の保持面
は、磁気スケール部材の表面に合わせて、平面状、円弧
状、円環状、又は曲面状等適宜の形状に形成することが
できる。例えば、磁気スケール部材が、平板状の部材で
ある場合には、バイアス磁石一体型MR素子保持部材の
保持面は、該部材の平面に対応して平面状に形成するこ
とができる。また、磁気スケール部材が、例えばピスト
ンロッド等の密実又は中空の円筒状部材である場合又は
例えばロータリーエンコーダのように回転する部材であ
る場合には、バイアス磁石一体型MR素子保持部材の保
持面は、該円筒状部材のメッキ面の一部に対応する位置
に平面状に、又は該円筒状部材又は回転する部材と同心
の環状に、或いはこれら部材の円筒等の形状に対応し
て、適宜の湾曲形状に形成することができる。
The bias magnet-integrated MR element can be provided by being supported on a holding member. In this case, it is preferable that the magnetic scale member is fixed at a position close to the magnetic plating film, for example, at a position which is 1 / of the magnetization pitch λ of the magnetic scale member. Therefore, the bias magnet integrated type MR
The holding surface of the bias magnet-integrated MR element of the element holding member can be formed in an appropriate shape such as a plane, an arc, an annular shape, or a curved surface in accordance with the surface of the magnetic scale member. For example, when the magnetic scale member is a plate-shaped member, the holding surface of the bias-magnet-integrated MR element holding member can be formed in a planar shape corresponding to the plane of the member. When the magnetic scale member is a solid or hollow cylindrical member such as a piston rod or a member that rotates like a rotary encoder, for example, the holding surface of the bias magnet integrated MR element holding member is used. In a plane at a position corresponding to a part of the plating surface of the cylindrical member, or in an annular shape concentric with the cylindrical member or the rotating member, or corresponding to the shape of a cylinder or the like of these members, as appropriate. Can be formed into a curved shape.

【0013】[0013]

【作用】本発明は、磁気スケール部材の表面の一部また
は全面に、該磁気スケール部材の移動方向に一定のピッ
チで磁化されている高保磁力の合金メッキ被膜を形成さ
せたので、磁気スケール部材表面に形成された磁性合金
皮膜は、高保磁力を有しており、該被膜に記録された磁
気的信号を、該合金被膜から外部へ漏洩する磁束とし
て、バイアス磁石一体型MR素子によって容易に検出可
能であり、したがって、磁気センサ部を小型軽量化する
ことができる。
According to the present invention, a high-coercivity alloy plating film magnetized at a constant pitch in the moving direction of the magnetic scale member is formed on a part or the entire surface of the magnetic scale member. The magnetic alloy film formed on the surface has a high coercive force, and the magnetic signal recorded on the film is easily detected as a magnetic flux leaking from the alloy film to the outside by the bias magnet integrated type MR element. Therefore, it is possible to reduce the size and weight of the magnetic sensor unit.

【0014】しかも、本発明においては、メッキ処理を
施すことにより、希望する高保磁力の磁気合金皮膜を、
適宜ロツドの上にしかも容易に形成できるので、従来ロ
ッドに比較して、機械加工や非磁性材料の埋め込みある
いは多極着磁した円柱状磁石の付加など、割高な作業が
不要となる。また、本発明においては、メッキ処理によ
り、磁性合金被膜がロッドに、ほぼ均一に形成できるた
め、位置制御のための磁気的信号をロッド全周に記録す
ることができ、ロッドの回り止めは不要となる。
Moreover, in the present invention, the desired high coercive force magnetic alloy film can be formed by plating.
Since it can be formed on the rod appropriately and easily, expensive work such as machining, embedding of a non-magnetic material, or addition of a multi-polar magnetized columnar magnet is not required as compared with a conventional rod. Further, in the present invention, the magnetic alloy film can be formed almost uniformly on the rod by plating, so that a magnetic signal for position control can be recorded on the entire circumference of the rod, and there is no need to stop the rod from rotating. Becomes

【0015】本発明において、磁気センサは、バイアス
磁石一体型であるために、磁気抵抗素子パターンとバイ
アス磁石の角度を、例えば45°にきわめて近くするこ
とができ、温度変化に伴う出力電圧の変化がきわめて小
さくなって、高精度高安定な信号処理が可能となる。こ
のように、本発明においては、磁気的信号を直接MR素
子で読み取る方式であるので素子の出力信号を十分大き
くすることができる。
In the present invention, since the magnetic sensor is of a bias magnet integrated type, the angle between the magnetoresistive element pattern and the bias magnet can be made extremely close to, for example, 45 °, and the output voltage changes with temperature. Becomes extremely small, and highly accurate and stable signal processing becomes possible. Thus, in the present invention, since the magnetic signal is read directly by the MR element, the output signal of the element can be sufficiently increased.

【0016】[0016]

【実施例】以下に本発明の実施の態様を例示し説明する
が、本発明は、以下の例示及び説明により、何等制限さ
れるものではない。図1は、本発明の一実施例のシリン
ダについての概略の斜視図であり、シリンダロッドに着
磁を施した事例をを示す。図2は、図1に示される事例
に使用される3端子型のバイアス磁石一体型MR素子の
概略の斜視図であり、図3は、図1の事例における着磁
を施したシリンダロッドとバイアス磁石一体型MR素子
の配置を示す正面図である。図4は図1に示される事例
における位置検出信号の様子を示してある。図5バイア
ス磁石一体型MR素子と抵抗で組んだブリッジ回路であ
る。図6は出力特性例である。
The embodiments of the present invention will be illustrated and described below, but the present invention is not limited by the following examples and descriptions. FIG. 1 is a schematic perspective view of a cylinder according to an embodiment of the present invention, showing an example in which a cylinder rod is magnetized. FIG. 2 is a schematic perspective view of a three-terminal type bias magnet-integrated MR element used in the case shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing a magnetized cylinder rod and a bias in the case of FIG. FIG. 3 is a front view showing an arrangement of a magnet-integrated MR element. FIG. 4 shows a state of the position detection signal in the case shown in FIG. FIG. 5 is a bridge circuit assembled with a bias magnet integrated type MR element and a resistor. FIG. 6 shows an example of output characteristics.

【0017】図1の例において、ロッド1は、直径6m
mのSUS304の丸棒に下地処理をした後、重量比で
Co86.5%、Ni9.5%、P4.0%よりなる保
磁力850(Oe)のメッキ被膜2を施されており、メ
ツキ皮膜は、軸方向に磁極が交互に現れるように円周上
に着磁してある。さらにこの着磁膜を保護するために、
その外側に硬質クロームメッキの保護膜が形成されてい
る。着磁ピッチλ(N極−N極)は任意にできるが、こ
こでは4mm一定としてある。この着磁ロッドはピスト
ンシリンダ3に組み込まれている。
In the example of FIG. 1, the rod 1 has a diameter of 6 m.
SUS304 round bar is coated with a plating film 2 having a coercive force of 850 (Oe) composed of 86.5% Co, 9.5% Ni, and 4.0% P by weight. Are magnetized on the circumference so that magnetic poles appear alternately in the axial direction. To further protect this magnetized film,
A protective film of hard chrome plating is formed on the outside. The magnetization pitch λ (N pole-N pole) can be arbitrarily set, but is fixed at 4 mm here. This magnetized rod is incorporated in the piston cylinder 3.

【0018】図2の例において、着磁ロッドに記録され
ている磁気信号を検出するためのバイアス磁石一体型M
R素子14は保持部材37中に埋設されている。バイア
ス磁石一体型MR素子14の基板は、硬質磁性材料13
とガラス12よりなる複合材料で、そのガラス表面に異
方性磁気抵抗効果を有するNi−Fe−Co系の材料を
真空蒸着により形成されている。本例において、硬磁性
材料13は、着磁されており、パターン部5、6、10
及び11にはバイアス磁界が印加されている。パターン
部は、電源端子7、8、出力端子4、9、及び、磁界検
出パターン部は、5、6、10、11からなっている。
パターン部は該強磁性薄膜をエッチングして作られて
る。磁界検出パターン5、6及び10、11は、互いに
ほぼ直交し、バイアス磁界に対し、パターン5、10は
−π/4の角度になるよう配置されている。パターン
5、6及び10、11からなる2組の磁界検出パターン
は、(1/4+n)λ(nは整数)の距離だけ離して配
置してあり、着磁ロッドの変位量とともに移動方向が検
出できるようにしてある。変位量は、着磁ロッドの着磁
信号に対応する出力信号をカウント回路でカウントする
ことによって得られ、移動方向は、2組のパターンから
の出力信号の位相の違いから位相判別回路を用いること
によって得られる。
In the example of FIG. 2, a bias magnet integrated type M for detecting a magnetic signal recorded on a magnetized rod is used.
The R element 14 is embedded in the holding member 37. The substrate of the bias magnet integrated type MR element 14 is made of a hard magnetic material 13.
And a glass material 12, and a Ni-Fe-Co-based material having an anisotropic magnetoresistance effect is formed on the glass surface by vacuum evaporation. In this example, the hard magnetic material 13 is magnetized, and the pattern portions 5, 6, 10
And 11, a bias magnetic field is applied. The pattern section includes power terminals 7 and 8, output terminals 4 and 9, and the magnetic field detection pattern section includes 5, 6, 10, and 11.
The pattern portion is made by etching the ferromagnetic thin film. The magnetic field detection patterns 5, 6 and 10, 11 are substantially orthogonal to each other, and the patterns 5, 10 are arranged at an angle of -π / 4 with respect to the bias magnetic field. The two sets of magnetic field detection patterns consisting of patterns 5, 6 and 10, 11 are arranged at a distance of (1/4 + n) λ (n is an integer), and the movement direction is detected together with the displacement of the magnetized rod. I can do it. The displacement amount is obtained by counting the output signal corresponding to the magnetized signal of the magnetized rod by a count circuit, and the moving direction is determined by using a phase discriminating circuit based on the difference in the phase of the output signals from the two sets of patterns. Obtained by

【0019】図1及び図3に、着磁ロッド1とバイアス
磁石一体型MR素子14の位置関係を示す。バイアス磁
石一体型MR素子14の2組の磁界検出パターン5、6
及び10、11は、着磁ロッド1の軸方向と平行になる
ように配置してある。バイアス磁石一体型MR素子14
と着磁ロッド1のクリアランスは、着磁ピッチλの半分
以下とした。
FIGS. 1 and 3 show the positional relationship between the magnetized rod 1 and the bias magnet integrated type MR element 14. FIG. Two sets of magnetic field detection patterns 5 and 6 of the bias magnet integrated type MR element 14
, 10 and 11 are arranged so as to be parallel to the axial direction of the magnetized rod 1. Bias magnet integrated type MR element 14
And the clearance between the magnetized rod 1 and the magnetized pitch λ are equal to or less than half.

【0020】図4に、実施例における着磁ロッドの変位
の検出信号の様子を示す。図4の縦軸はバイアス磁石一
体型強磁性体磁気抵抗素子の出力、横軸は着磁ロッドの
変位量を表す。図4からわかるように、素子の出力は4
mm周期で変動し、着磁ピッチと一致する。従って、こ
の出力の周期の数をカウントすることで素子を通過した
着磁ピッチの数が分かり、着磁ロッドの変位量が検出で
きる。
FIG. 4 shows a state of a detection signal of the displacement of the magnetized rod in the embodiment. The vertical axis in FIG. 4 represents the output of the bias magnet-integrated ferromagnetic element and the horizontal axis represents the displacement of the magnetized rod. As can be seen from FIG.
It fluctuates at a cycle of mm and matches the magnetization pitch. Therefore, by counting the number of cycles of this output, the number of magnetized pitches that have passed through the element can be determined, and the displacement of the magnetized rod can be detected.

【0021】今、図5に示すように、上述したバイアス
磁石一体型MR素子14の15、16で構成された一組
のパターンと抵抗17、18からなるブリッジ回路を形
成し、直流電圧Vを印加す。信号磁界Hがバイアス
磁界Hに対し、ほぼ面内直角方向から印加されている
とすると、合成磁界Hcomは、 Hcom=(H +H 1/2 であり、信号磁界Hsがバイアス磁界Hに対してなす
角度θは、 θ=tan−1(H/H) と表される。例えば、バイアス磁界Hは、150(O
e)以上の飽和磁場を与えてある。この時の電圧変化Δ
Vは、周知のように、 ΔV=KVcos2(θ−π/4) と表される。ここで、Kは材料等によって決まる定数で
あり、−π/4は合成磁界Hcomとパターンとのなす
角である。
[0021] Now, as shown in FIG. 5, to form a bridge circuit composed of the bias magnet integrated MR element 14 of the 15, 16 a set of patterns and resistors 17 and 18 constructed in the above, the DC voltage V 0 Is applied. With respect to the signal magnetic field H s is a bias magnetic field H B, when that is applied from a substantially plane perpendicular, the combined magnetic field H com is, H com = (H B 2 + H s 2) 1/2, a signal magnetic field Hs is the angle theta which forms with the bias magnetic field H B, is expressed as θ = tan -1 (H s / H B). For example, the bias magnetic field H B is, 0.99 (O
e) The above saturation magnetic field was applied. Voltage change at this time Δ
As is well known, V is represented by ΔV = KV o cos2 (θ−π / 4). Here, K is a constant determined by a material or the like, and -π / 4 is an angle between the combined magnetic field Hcom and the pattern.

【0022】ところで、信号磁界Hは、着磁媒体から
の磁界である。MR素子は、面内磁場方向に感度を持
ち、図1及び図3のような着磁媒体との配置関係になっ
ているので、MR素子が検出する磁界は、媒体軸方向と
平行な成分に限られる。したがって、一般に多極着磁し
た場合の信号磁界Hは、 H=Hsin(2πx/λ) とおける。Hは、着磁媒体の残留磁束密度、厚み、曲
率、着磁媒体とMR素子パターンとの距離によって決ま
る磁界の大きさ(定数)である。
[0022] By the way, the signal magnetic field H s is the magnetic field from the Chaku磁媒body. Since the MR element has sensitivity in the in-plane magnetic field direction and has an arrangement relationship with the magnetized medium as shown in FIGS. 1 and 3, the magnetic field detected by the MR element has a component parallel to the medium axis direction. Limited. Therefore, in general the signal magnetic field H s in the case of multiple poles is definitive and H s = Hsin (2πx / λ ). H is the magnitude (constant) of the magnetic field determined by the residual magnetic flux density, thickness and curvature of the magnetized medium, and the distance between the magnetized medium and the MR element pattern.

【0023】 y=cos2{tan−1{(H/H)sin(2πx/λ)}−π/4} で示される波形を図6に示す。この波形より、信号磁界
Hsはバイアス磁界Hより小さいほど正弦波波形に近
似するので内挿回路を用いて高分解能化を図ることがで
きる。
FIG. 6 shows a waveform represented by y = cos 2 {tan −1 {(H / H B ) sin (2πx / λ)} − π / 4}. From this waveform, the signal magnetic field Hs can achieve high resolution by using the interpolation circuits so approximate to the more sinusoidal waveform less than the bias magnetic field H B.

【0024】MR素子の出力電圧を大きくする方法に
は、前記MR素子の磁気抵抗変化率を大きくする以外
に、信号源となる磁性メッキを施したピストンロッドの
着磁を強くすることが考えられるが、シリンダの使用環
境には、磁性粉の存在も十分あり得るのでむやみに着磁
強度を上げることは避けなければならない。また、周知
のように、MR素子の3端子構造をブリッジ構造にする
ことによって出力電圧を大きくする方法もあり、ブリッ
ジ構造は、(1/2+n)λの距離を隔てた2組のパタ
ーンで構成される。本例においては、バイアス磁石一体
型MR素子保持部材37のバイアス磁石一体型MR素子
保持面は平坦に形成されているが、もとより、ピストン
ロッドの面に沿うように湾曲して形成することもでき、
また、環状に形成することもできる。
As a method of increasing the output voltage of the MR element, in addition to increasing the rate of change in magnetoresistance of the MR element, it is conceivable to increase the magnetization of a magnetically plated piston rod serving as a signal source. However, in the operating environment of the cylinder, magnetic powder can be sufficiently present, so that it is necessary to avoid increasing the magnetizing strength unnecessarily. Also, as is well known, there is a method of increasing the output voltage by making the three-terminal structure of the MR element a bridge structure. The bridge structure is constituted by two sets of patterns separated by a distance of (1/2 + n) λ. Is done. In the present example, the bias magnet integrated MR element holding surface of the bias magnet integrated MR element holding member 37 is formed flat, but may be formed to be curved along the surface of the piston rod. ,
Moreover, it can also be formed in a ring shape.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、磁気スケール部材の表面の一部または全面に、該磁
気スケール部材の移動方向に一定のピッチで磁化されて
いる高保磁力の合金メッキ被膜を形成させたので、例え
ば、従来のピストンロッド等の磁気スケール部材と比較
して、回り止め加工を必要とすることなく、高精度の位
置制御が可能であり、取扱の容易な磁気式リニアエンコ
ーダ等のエンコーダを安価に製造することが可能とな
る。したがって、本発明は、従来のエンコーダと対比し
て、高精度の位置制御が高度の機械加工を要することな
く可能となり、また、その分、コストが廉価なものとな
る。
As is apparent from the above description, the present invention provides a method of manufacturing a magnetic recording medium having a high coercive force applied to a part or the entire surface of a magnetic scale member at a constant pitch in the moving direction of the magnetic scale member. Because a gold-plated coating is formed, for example, compared to conventional magnetic scale members such as piston rods, high-precision position control is possible without the need for detent processing, and a magnetic type that is easy to handle An encoder such as a linear encoder can be manufactured at low cost. Therefore, the present invention enables high-precision position control without requiring high-level machining, as compared with the conventional encoder, and the cost is correspondingly reduced.

【0026】また、本発明のエンコーダにおいては、磁
気的信号を付与するための磁気スケールの形成が、メッ
キを施すことにより簡単に得られるので、従来のエンコ
ーダでは困難とされていた、ほぼ均一な磁気スケールを
磁気スケール部材の全面に形成することが容易となり、
したがって、位置制御のための磁気的信号を、磁気スケ
ール部材の全面、例えばロッド全周に記録することがで
きることとなり、磁気センサを適宜の箇所に配置するこ
とが可能とすることができる。
Further, in the encoder of the present invention, the formation of a magnetic scale for applying a magnetic signal can be easily obtained by plating, so that it is difficult to form a substantially uniform magnetic scale with a conventional encoder. It becomes easy to form the magnetic scale on the entire surface of the magnetic scale member,
Therefore, a magnetic signal for position control can be recorded on the entire surface of the magnetic scale member, for example, on the entire circumference of the rod, and the magnetic sensor can be arranged at an appropriate position.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例におけるシリンダについての
概略の斜視図であり、シリンダロッドに着磁を施した状
態を示す。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a cylinder according to an embodiment of the present invention, showing a state where a cylinder rod is magnetized.

【図2】第1図に示される実施例のバイアス磁石一体型
MR素子3端子タイプの斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view of a bias terminal integrated MR element three-terminal type of the embodiment shown in FIG. 1;

【図3】着磁を施したシリンダロッドとバイアス磁石一
体型MR素子の配置関係を示す正面図である。
FIG. 3 is a front view showing an arrangement relationship between a magnetized cylinder rod and a bias magnet integrated MR element.

【図4】第1図に示される実施例における位置検出信号
の様子を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a state of a position detection signal in the embodiment shown in FIG.

【図5】バイアス磁石一体型MR素子と抵抗で組んだブ
リッジ回路を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a bridge circuit assembled with a bias magnet integrated MR element and a resistor.

【図6】バイアス磁石一体型MR素子の出力特性例を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of output characteristics of a bias magnet integrated MR element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリンダロッド 2 Co、Ni、P系のメッキ部分 3 シリンダ本体 14及び36 バイアス磁石一体型MR素子 4、9、21、25、28及び33 バイアス磁石一体
型MR素子の出力端子 5、6、10、11、19、20、23、24、26、
27、31及び32バイアス磁石一体型MR素子の磁界
検出パターン 7、8、21、22、29及び30 バイアス磁石一体
型MR素子の印加電圧用端子 12、34 ガラス基板 13、35 バイアス磁石 37 バイアス磁石一体型MR素子保持部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder rod 2 Co, Ni, P system plating part 3 Cylinder main body 14 and 36 Bias magnet integrated MR element 4, 9, 21, 25, 28 and 33 Output terminal of bias magnet integrated MR element 5, 6, 10 , 11, 19, 20, 23, 24, 26,
27, 31 and 32 Magnetic field detection pattern of bias magnet integrated MR element 7, 8, 21, 22, 29 and 30 Applied voltage terminal of bias magnet integrated MR element 12, 34 Glass substrate 13, 35 Bias magnet 37 Bias magnet Integrated MR element holding member

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日野 松男 宮城県柴田郡大河原町大谷字下川原30− 4 (56)参考文献 特開 昭59−164406(JP,A) 特開 昭60−209101(JP,A) 実開 平1−160317(JP,U) 実開 平2−128519(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 7/00 - 7/34 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Matsuo Hino 30-4 Shimogawara, Oya, Okawara-machi, Shibata-gun, Miyagi Prefecture (56) References JP-A-59-164406 (JP, A) JP-A-60-209101 (JP) , A) Japanese Utility Model Application No. 1-160317 (JP, U) Japanese Utility Model Application No. 2-128519 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01B 7/00-7/34

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 磁気スケール部材の表面に近接して磁気
抵抗素子が設けられている磁気式リニアエンコーダにお
いて、磁気スケール部材の表面の一部または全部に、該
磁気スケール部材の移動方向に一定のピッチで磁化され
ている高保磁力の合金メッキ被膜が形成されていること
を特徴とする磁気式エンコーダ。
1. A magnetic linear encoder in which a magnetoresistive element is provided near a surface of a magnetic scale member, wherein a part of or the entire surface of the magnetic scale member is fixed in a moving direction of the magnetic scale member. A magnetic encoder comprising a high coercivity alloy plating film magnetized at a pitch.
【請求項2】 高保磁力の合金メッキ皮膜が、コバルト
75乃至87重量%、ニッケル8.5乃至22重量%、
燐2.5%乃至4.5重量%よりなる組成を有する合金
皮膜であることを特徴とする請求項1に記載の磁気式エ
ンコーダ。
2. An alloy plating film having a high coercive force comprises cobalt of 75 to 87% by weight, nickel of 8.5 to 22% by weight,
2. The magnetic encoder according to claim 1, wherein said magnetic encoder is an alloy film having a composition of 2.5% to 4.5% by weight of phosphorus.
【請求項3】 磁気スケール部材が直線方向に往復動作
を行うロッドであることを特徴とする請求項1に記載の
磁気式エンコーダ。
3. The magnetic encoder according to claim 1, wherein the magnetic scale member is a rod that reciprocates in a linear direction.
【請求項4】 磁気スケール部材の表面に近接して磁気
抵抗素子が設けられている磁気式エンコーダの製造方法
において、磁気スケール部材の表面の一部または全部
に、高保磁力の合金メッキ被膜をめっき法により形成
し、前記合金メッキ皮膜を、前記磁気スケール部材の移
動方向に、一定のピッチで磁化させることを特徴とする
磁気式エンコーダの製造方法。
4. A method for manufacturing a magnetic encoder in which a magnetoresistive element is provided near a surface of a magnetic scale member, wherein a part or all of the surface of the magnetic scale member is plated with an alloy plating film having a high coercive force. A method of manufacturing a magnetic encoder, wherein the alloy plating film is magnetized at a constant pitch in a moving direction of the magnetic scale member.
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