JP3865200B2 - Magnetic encoder - Google Patents

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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は磁気式エンコーダーに関し、小型化の実現と、磁気センサーと磁気ドラムの位置決めを容易にするための改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の磁気式エンコーダーの斜視図を図4に示す。磁気式エンコーダーの磁気記録媒体102は回転体のシャフト101の端近傍の周囲に固着されている。この磁気記録媒体102の回転を磁気センサーで検出する。磁気センサー103の表面には、感磁素子である磁気抵抗効果素子のパターンが所定の間隔をおいて配置される。ここではパターンの図示は省略した。磁気センサー103は、信号処理回路105と、それを結線する為のフレキシブルケーブル104を組み合わせて用いられる。磁気記録媒体102は、シャフト101とほぼ同径の、いわゆる磁気ドラムの形状をしている。この磁気記録媒体102を着磁することで形成した磁気信号の並びをトラック106という。トラック106は、着磁ピッチλで書き込まれた磁気記録媒体である。磁気センサーは各々の磁気信号(磁気記録媒体から発生する磁界)を検出する。
【0003】
一般に、着磁ピッチλの0.7から0.8倍程度のギャップを設けて、磁気センサーと磁気記録媒体を設置する。ピッチλが狭くなった場合に、磁気センサーと磁気記録媒体の間隔g(ギャップ)を狭く設定しなければならない。そこで、所定の厚さのスペーサー材を挟んで磁気センサーを摺動させる方法も用いられてきた。磁気センサーは、複数の磁気抵抗効果素子のパターンを有する側に、スペーサー材を貼りつけた構成である。ギャップgに相当する厚さのスペーサー材を回転する磁気記録媒体に接触させる。この様にすることにより、ギャップgを調整することなく、信号を簡便に得られる磁気式エンコーダーを構成できる。
【0004】
磁気センサーの表面にスペーサー材を貼り、磁気記録媒体(以下、磁気ドラムと称する)と摺動させる従来の磁気式エンコーダーは、ピッチλ=120μm及びドラムの外径φ=50mmであり、ドラムの外径が大きい。このため、磁気センサーがドラムの外周に対して、多少の傾きを持っても信号に与える影響は少なかった。また、このときの中央部のパターンとドラム間のギャップg1と、端部のパターンとドラム間のギャップg2との差(g2−g1)は6μmと小さく、出力信号に与える影響は少なかった。本発明者等は、従来の磁気ドラムよりも外径が小さいシャフト状の磁気ドラムを磁気センサーと組み合わせる磁気式エンコーダーを検討している。次に、外径の小型化による課題を図3で説明する。
【0005】
【発明の解決しようとする課題】
図3は平坦な基板上にパターン63及び64を配置した磁気センサー62を、磁気ドラム61に対向させた小型の磁気式エンコーダーの概略断面図である。ドラム径が小さくなると、中央部のパターン63と磁気ドラム61間のギャップg1と、端部のパターン64と磁気ドラム61間のギャップg2の差が大きくなる。各々のパターンが受ける磁界が異なるため、ドラムの外径が小さいほどg1とg2の差が出力信号に与える影響は大きくなる。即ち、端部のパターン64では、十分な出力信号が得られないので、各々のパターンの出力信号から得られる磁気センサーの出力信号の精度も低下してしまう。発明者らが検討したドラム径(磁気ドラムの直径)はおよそ15mmであり、g1とg2の差が21μmと大きくなり、出力信号に与える影響が大きい。そこで、本発明の目的は、g1とg2の差を抑えて高精度な出力信号を得る磁気式エンコーダーを提供することである。
【0006】
また、小型の磁気式エンコーダーにおいてドラム径が小さくなった場合、回転方向に平行な方向のズレが生じると、g1とg2の差がさらに大きくなり、出力信号に与える影響がより大きくなる。そこで、本発明の他の目的は、容易に回転方向に平行なズレを抑え、磁気センサーと磁気ドラムの位置決めを行うことのできる磁気式エンコーダーを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気式エンコーダーは、磁気ドラムから発生する磁界を磁気センサーに設けた磁気抵抗効果素子で検出する磁気式エンコーダーであって、前記磁気センサーは基板上に複数の磁気抵抗効果素子を配置する階段状の凹部を備え、前記磁気抵抗効果素子が磁気ドラムの曲面に沿って配置されていることを特徴とする。
【0008】
本発明では、複数の磁気抵抗効果素子(以下、MR素子と呼ぶ)が基板上に配列されている。磁気ドラムの回転軸に垂直な面で見ると、磁気ドラムの径に相当する円弧に沿うようにMR素子が並んでいる。階段状の凹部に沿った配置がMR素子と磁気ドラム間のギャップのずれを補正するものであれば、本願の言う磁気ドラムの曲面に沿った配置に含まれる。なお、MR素子はAMRやGMR(巨大磁気抵抗効果素子)でも良い。
【0009】
前記階段状の凹部は、階段状に形成した複数の面を有する凹部、台形状溝等を含む。上記本発明において、前記磁気センサーは基板上に配置する前記階段状の凹部を、階段状の薄膜構造あるいは基板に直接形成した階段状の凹部で構成することが望ましい。階段状の薄膜構造は、フォトリソグラフィー技術で薄膜を階段状に積層していく方法、あるいは薄膜をエッチングや砥石の研削等で削っていく方法で形成することができる。また、基板に直接形成した階段状の凹部は、基板をプレス成形する方法や、基板を回転砥石で切削して削る方法、あるいは基板を直接エッチングする方法等で形成することができる。
【0010】
MR素子を形成する方法として次の方法が挙げられる。第1の方法は、薄膜を積層する際に各々の段毎にMR素子を形成していくものである。第2の方法は、第1の方法と同様の配置でMR素子を絶縁層間に埋め込んだ後に凹部を形成するものである。第3の方法は、階段状の凹部を形成した後に各々の段にMR素子を形成するものである。さらに、第3の方法で、階段状の凹部を形成してから、各々の段の面にMR素子を配置し、その媒体対向面側に樹脂等をモールドして曲面の媒体対向面とした構成としてもよい。各々のMR素子を保護膜で覆うことにより、凹部の表面でなく、凹部の内部にMR素子が並んでいるように見える構成も含めて凹部と呼ぶ。
【0011】
MR素子を磁気ドラムの曲面に沿って階段状の凹部に配置させることで、対向する磁気ドラムとMR素子の距離(ギャップ)のズレが補正され、径の細い磁気ドラムであってもMR素子並びの中央部と端部で感度を均一化できる。ここで、階段状の凹部を配置する基板には、ガラスあるいはセラミックス等を用いる。また、MR素子の下地膜には、基板表面がMR素子の電磁気的特性に及ぼす影響(絶縁不良の発生)をなくすため、絶縁性のアルミナ膜または酸化シリコン膜等を用いることが望ましい。フォトリソグラフィー技術ではMR素子をパターニングするために露光工程を用いる。露光の焦点を凹部の面に合せ、MR素子を正確にパターニングするためには、段ごとに平坦な面を有する階段状の薄膜構造あるいは基板に直接形成した階段状の構造を凹部として用いるとよい。
【0012】
また、非磁性金属基板のプレスや樹脂の成形(射出成形など)によって予め凹部を形成した基板にMR素子を成膜する方法を用いてもよい。これらの方法によると磁気ドラムの曲面と滑らかに摺動する凹面を形成することができる。
【0013】
上記本発明において、磁気ドラムの径は30mm以下で、かつ着磁ピッチは100μm以下であることを特徴とする。例えば、ピッチ80μmで磁気ドラムの径が30mmより小さくなると、MR素子の配列において中央部と端部で磁気ドラムとのギャップの差が11μmとなる。従来の磁気式エンコーダーのように、着磁ピッチが100μmより大きいと、磁気ドラム径30mmでも出力信号に与える影響は少なかった。一般に、磁気ドラムから発生する磁気信号は、着磁ピッチが小さくなるにつれて弱くなるので、着磁ピッチが100μm以下になると、ギャップの差11μmでは出力信号に与える影響が大きくなる。これに対して、本願の構成は基板上でMR素子の配列の位置をドラム曲面に合わせることによって、磁気ドラムの径が30mm以下であり、かつ着磁ピッチは100μm以下である磁気式エンコーダーでも、MR素子並びの中央部と端部で感度の差を抑制することができる。この構成は特にドラム径が小さいプリンター用の磁気式エンコーダーに適している。
【0014】
磁気式エンコーダーが小型化してくると、従来よりも小さい着磁ピッチが要求される。着磁ピッチが小さくなると、磁気ドラムから発生する磁気信号が弱くなり、信号出力が小さくなる。本発明者らの測定によると、着磁ピッチ40μmの磁気式エンコーダーと、着磁ピッチ80μmの磁気式エンコーダーと比較したところ、前者は後者の約半分の信号出力しか得られなかった。そのために、従来からMR素子を折り返し、素子長を長くする方法が取られてきた(つづら折型のMR素子)。この方法では、出力信号を大きくすることはできるが、感磁部の幅が広がってしまい、磁気ドラムの径が小さくなってくると、MR素子並びの中央と端部で感度の差が大きくなるという欠点があった。本発明の磁気式エンコーダーでは、MR素子の折り返し数を増やして感磁部の幅が広くなっても、MR素子並びの中央部と端部で感度の差を抑制することができる。すなわち、着磁ピッチが小さくなった場合でも高い出力信号が得られる。
【0015】
さらに従来の構造では、磁気ドラムの径が30mm以下になると、回転方向に平行な方向のズレが出力信号に及ぼす影響も大きくなる。これに対して、本願の構成は磁気センサーの凹部と磁気ドラムを摺動させたときに、凹部の中心線とドラムの軸が常に平行となるため、着磁ピッチに平行な方向のズレを防ぐことができる。前記磁気センサーを支持する支持部材を備え、前記支持部材の弾性により磁気センサーと磁気ドラムを摺動させ、前記磁気ドラムの回転方向に平行な方向の位置決めを行うことは、位置決めを容易にすると共に、ズレを小さく抑える点で有利である。
【0016】
前記支持部材は、弾性を持つ非磁性の金属あるいはセラミックスを用いることが望ましい。また、磁気センサーの摺動面には耐摩耗性を持たせるシートあるいはコーティング膜等を設けることが望ましい。
【0017】
前記磁気センサーにおいて基板はMR素子の他に電極を有する。さらに、前記支持部材により固定され、前記基板の電極にはFPC(フレキシブルプリント基板)がリード線として設けられる。ここで、基板は、MR素子と磁気ドラム間の距離を正確に規定するのに必要な強度を有する材料で構成する。FPCはリード線であり柔軟な材料で構成する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の一例の磁気式エンコーダーを説明する分解斜視図である。ここで、磁気ドラムは回転軸(シャフト)1と、その周辺に設けた磁性体2を有する。磁性体2には、所定のピッチλで複数の磁極(磁気信号を出す単位)を付与した。磁気ドラムの径は15mm、着磁ピッチは100μmとし、シャフトはプリンターの紙送りローラーに用いた。磁気センサー3は、その背面側をアーム4で支持した。また、アームは磁気センサーが磁気ドラムから離れないで摺動するように押さえる力を加えるものとした。磁気センサーの感磁面側に凹部3aが付与されたことにより、ドラム回転方向と平行な方向のズレを抑えて、磁気センサーと磁気ドラムの位置決めを容易にした。この磁気式エンコーダーに適用したMRセンサーの詳細を図2で説明する。
【0019】
図2は、本発明に係る磁気センサーの断面図である。この磁気センサーは、MR素子の配置を、磁気ドラムの外径に相当する断面形状とするために、階段状に基板を形成しておく。そのため、平坦な基板上にMR素子の下地として用いる絶縁膜を、フォトリソグラフィー技術を用いて所定のパターンに形成することで階段状の下地膜を形成した。
【0020】
上記断面形状の形成方法について述べる。形成方法は、成膜、エッチングの順に行った。はじめに、成膜について述べる。ガラス基板11上に、第1のMR素子及び配線膜12を形成した後、中間絶縁膜としてアルミナ膜13を1.0μm成膜した。クロム膜13aを0.05μm成膜した後、さらにアルミナ膜14を1.4μm成膜した。次に、第2のMR素子及び配線膜15を形成した後、アルミナ膜16を1.0μm、クロム膜16aを0.05μm、アルミナ膜17を3.2μmの順に成膜した。最後に、第3のMR素子及び配線膜18を形成した後、アルミナ膜19を1.0μm、クロム膜19aを0.05μm、アルミナ膜20を2.0μmの順に成膜した。
【0021】
次に、エッチングについて述べる。はじめに、センサー中心から370μmより外側に、フォトリソグラフィーによりレジストを形成し、反応ガスとしてBCl及びClを用いるドライエッチングを行った。ここでクロム膜19aは、アルミナ膜19及び20のうち、表層の1.4μmのアルミナ膜20のみを除去し、第2層目のアルミナ膜19をエッチングさせないためのエッチングストッパーとして働く。また、クロム膜は非磁性であるため、磁気ドラムから出る磁気信号を損ねることがない。イオンミリングで露出した部分のクロム膜19aを除去した後、センサー中心から270μmより外側にレジストを形成し、同様のドライエッチング及びイオンミリングを行って、アルミナ膜19及び17と、クロム膜16aを、レジストパターンに合わせて除去した。最後に、センサー中心から120μmより外側にレジストを形成し、同様のドライエッチング及びイオンミリングを行って、アルミナ膜16及び14と、クロム膜13aを、レジストパターンに合わせて除去した。以上の工程により、磁気センサー3の感磁面側に凹部3aを形成した。また、MR素子の配置も凹部に沿ったものとなった。MR素子及び配線膜12、15及び18の各層を接続する結線は、アルミナ膜13、14と、16、17の各層に貫通孔(スルーホール)を設け、ここに銅をスパッタすることで形成した。
【0022】
【発明の効果】
以上のように、基板上に複数のMR素子を配置する凹部を備え、前記MR素子が磁気ドラムの曲面に沿って配置されている本発明の磁気式エンコーダーを用いることにより、磁気ドラムの径が小さくなっても、高精度の出力信号が得られ、位置ズレを生じない磁気式エンコーダーを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の磁気式エンコーダーの分解斜視図である。
【図2】 本発明に係る磁気センサーの断面図である。
図3】 従来の磁気センサーの位置ズレを説明する概略断面図である。
図4】 従来の磁気式エンコーダーの斜視図である。
【符号の説明】
1 回転軸、2 磁性体、
3 磁気センサー、3a 凹部、
4 アーム、11 基板、
12 第1のMR素子及び配線膜、13 アルミナ膜、
13a クロム膜、14 アルミナ膜、
15 第2のMR素子及び配線膜、16 アルミナ膜、
16a クロム膜、17 アルミナ膜、
18 第3のMR素子及び配線膜、19 アルミナ膜、
19a クロム膜、20 アルミナ、
61 磁気ドラム、62 磁気センサー、
63 パターン、64 パターン、
101 シャフト、102 磁気記録媒体、
103 磁気センサー、104 フレキシブルケーブル、
105 信号処理回路、106 トラック。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic encoder, and relates to an improvement in size reduction and easy positioning of a magnetic sensor and a magnetic drum.
[0002]
[Prior art]
A perspective view of a conventional magnetic encoder is shown in FIG . The magnetic recording medium 102 of the magnetic encoder is fixed around the end of the shaft 101 of the rotating body. The rotation of the magnetic recording medium 102 is detected by a magnetic sensor. On the surface of the magnetic sensor 103, patterns of magnetoresistive elements that are magnetosensitive elements are arranged at a predetermined interval. Here, the illustration of the pattern is omitted. The magnetic sensor 103 is used in combination with a signal processing circuit 105 and a flexible cable 104 for connecting the signal processing circuit 105. The magnetic recording medium 102 has a shape of a so-called magnetic drum having substantially the same diameter as the shaft 101. A sequence of magnetic signals formed by magnetizing the magnetic recording medium 102 is referred to as a track 106. The track 106 is a magnetic recording medium written with a magnetization pitch λ. The magnetic sensor detects each magnetic signal (magnetic field generated from the magnetic recording medium).
[0003]
Generally, a magnetic sensor and a magnetic recording medium are installed with a gap of about 0.7 to 0.8 times the magnetization pitch λ. When the pitch λ is narrowed, the gap g (gap) between the magnetic sensor and the magnetic recording medium must be set narrow. Therefore, a method of sliding a magnetic sensor with a spacer material having a predetermined thickness has been used. The magnetic sensor has a configuration in which a spacer material is attached to the side having a plurality of magnetoresistive effect element patterns. A spacer material having a thickness corresponding to the gap g is brought into contact with the rotating magnetic recording medium. By doing in this way, the magnetic encoder which can obtain a signal simply, without adjusting the gap g can be comprised.
[0004]
A conventional magnetic encoder that affixes a spacer material on the surface of a magnetic sensor and slides on a magnetic recording medium (hereinafter referred to as a magnetic drum) has a pitch λ = 120 μm and an outer diameter φ = 50 mm of the drum. The diameter is large. For this reason, even if the magnetic sensor has a slight inclination with respect to the outer periphery of the drum, there is little influence on the signal. Further, the difference (g2−g1) between the central portion pattern and the gap g1 between the drum and the end portion pattern and the gap g2 between the drums was as small as 6 μm, and the influence on the output signal was small. The present inventors have studied a magnetic encoder that combines a shaft-shaped magnetic drum having a smaller outer diameter than a conventional magnetic drum with a magnetic sensor. Next, the problem due to the reduction in the outer diameter will be described with reference to FIG .
[0005]
[Problem to be Solved by the Invention]
FIG. 3 is a schematic sectional view of a small magnetic encoder in which a magnetic sensor 62 having patterns 63 and 64 arranged on a flat substrate is opposed to the magnetic drum 61. As the drum diameter decreases, the difference between the gap g1 between the central pattern 63 and the magnetic drum 61 and the gap g2 between the end pattern 64 and the magnetic drum 61 increases. Since the magnetic field received by each pattern is different, the smaller the outer diameter of the drum, the greater the effect that the difference between g1 and g2 has on the output signal. That is, since the sufficient output signal cannot be obtained in the end pattern 64, the accuracy of the output signal of the magnetic sensor obtained from the output signal of each pattern also decreases. The drum diameter examined by the inventors (the diameter of the magnetic drum) is approximately 15 mm, and the difference between g1 and g2 is as large as 21 μm, which greatly affects the output signal. Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetic encoder that obtains a highly accurate output signal by suppressing the difference between g1 and g2.
[0006]
Further, when the drum diameter is reduced in a small magnetic encoder, if a deviation in a direction parallel to the rotation direction occurs, the difference between g1 and g2 further increases, and the influence on the output signal is further increased. Accordingly, another object of the present invention is to provide a magnetic encoder capable of easily positioning a magnetic sensor and a magnetic drum while suppressing a shift parallel to the rotation direction.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The magnetic encoder of the present invention is a magnetic encoder that detects a magnetic field generated from a magnetic drum by a magnetoresistive effect element provided in a magnetic sensor, and the magnetic sensor has a plurality of magnetoresistive effect elements arranged on a substrate. A stepped recess is provided, and the magnetoresistive element is arranged along the curved surface of the magnetic drum.
[0008]
In the present invention, a plurality of magnetoresistive elements (hereinafter referred to as MR elements) are arranged on a substrate. When viewed in a plane perpendicular to the rotation axis of the magnetic drum, the MR elements are arranged along an arc corresponding to the diameter of the magnetic drum. If the arrangement along the stepped concave portion corrects the gap deviation between the MR element and the magnetic drum, it is included in the arrangement along the curved surface of the magnetic drum referred to in the present application. The MR element may be an AMR or GMR (giant magnetoresistive element).
[0009]
The step-shaped recess includes a recess having a plurality of surfaces formed in a step shape, a trapezoidal groove, and the like. In the present invention, it is desirable that the magnetic sensor is configured such that the stepped recesses disposed on the substrate are stepped thin film structures or stepped recesses formed directly on the substrate. The stepped thin film structure can be formed by a method in which thin films are stacked stepwise by a photolithography technique, or a method in which the thin film is cut by etching, grinding of a grindstone, or the like. Further, the step-like recess formed directly on the substrate can be formed by a method of press molding the substrate, a method of cutting the substrate with a rotating grindstone, a method of directly etching the substrate, or the like.
[0010]
The following method is mentioned as a method of forming the MR element. The first method is to form MR elements for each stage when thin films are stacked. The second method is to form a recess after embedding an MR element between insulating layers in the same arrangement as in the first method. In the third method, MR elements are formed in each step after the step-shaped recess is formed. Furthermore, after forming the step-like concave portion by the third method, the MR element is arranged on the surface of each step, and resin or the like is molded on the medium facing surface side to form a curved medium facing surface. It is good. By covering each MR element with a protective film, it is called a recess including a configuration in which the MR elements appear to be arranged inside the recess rather than on the surface of the recess.
[0011]
By disposing the MR element in a stepped recess along the curved surface of the magnetic drum, the deviation in the distance (gap) between the opposing magnetic drum and the MR element is corrected, and even if the magnetic drum has a small diameter, the MR elements are arranged. Sensitivity can be made uniform at the center and at the end. Here, glass, ceramics, or the like is used for the substrate on which the stepped recesses are arranged. Further, it is desirable to use an insulating alumina film or silicon oxide film for the base film of the MR element in order to eliminate the influence of the substrate surface on the electromagnetic characteristics of the MR element (occurrence of insulation failure). In the photolithography technique, an exposure process is used to pattern the MR element. In order to focus the exposure focus on the surface of the recess and accurately pattern the MR element, a stepped thin film structure having a flat surface for each step or a stepped structure formed directly on the substrate may be used as the recess. .
[0012]
Alternatively, a method may be used in which an MR element is formed on a substrate on which a recess is formed in advance by pressing a nonmagnetic metal substrate or molding a resin (such as injection molding). According to these methods, the curved surface of the magnetic drum and the concave surface that slides smoothly can be formed.
[0013]
In the present invention, the magnetic drum has a diameter of 30 mm or less and a magnetization pitch of 100 μm or less. For example, when the pitch of the magnetic drum is smaller than 30 mm at a pitch of 80 μm, the difference in gap between the central portion and the end portion of the MR element in the MR element arrangement is 11 μm. When the magnetization pitch was larger than 100 μm as in the conventional magnetic encoder, the influence on the output signal was small even with a magnetic drum diameter of 30 mm. In general, the magnetic signal generated from the magnetic drum becomes weaker as the magnetization pitch becomes smaller. Therefore, when the magnetization pitch becomes 100 μm or less, the influence on the output signal increases when the gap difference is 11 μm. On the other hand, the configuration of the present application adjusts the position of the arrangement of the MR elements on the substrate to the curved surface of the drum so that the magnetic drum has a diameter of 30 mm or less and a magnetization pitch of 100 μm or less. It is possible to suppress a difference in sensitivity between the central portion and the end portion of the MR element array. This configuration is particularly suitable for a magnetic encoder for a printer having a small drum diameter.
[0014]
As magnetic encoders become smaller, a smaller magnetization pitch is required than before. When the magnetization pitch becomes small, the magnetic signal generated from the magnetic drum becomes weak and the signal output becomes small. According to the measurement by the present inventors, when compared with a magnetic encoder with a magnetization pitch of 40 μm and a magnetic encoder with a magnetization pitch of 80 μm, the former only obtained about half the signal output of the latter. Therefore, conventionally, a method has been used in which the MR element is folded to increase the element length (i.e., a zigzag type MR element). With this method, the output signal can be increased, but when the width of the magnetic sensitive portion is increased and the diameter of the magnetic drum is reduced, the difference in sensitivity between the center and the end of the MR elements is increased. There was a drawback. In the magnetic encoder of the present invention, even if the number of turns of the MR element is increased and the width of the magnetic sensitive part is widened, a difference in sensitivity can be suppressed between the central part and the end part of the MR element arrangement. That is, a high output signal can be obtained even when the magnetization pitch is reduced.
[0015]
Further, in the conventional structure, when the diameter of the magnetic drum is 30 mm or less, the influence of the deviation in the direction parallel to the rotation direction on the output signal becomes large. On the other hand, in the configuration of the present application, when the concave portion of the magnetic sensor and the magnetic drum are slid, the center line of the concave portion and the axis of the drum are always parallel to prevent the deviation in the direction parallel to the magnetization pitch. Can It includes a support member that supports the magnetic sensor, and sliding the magnetic sensor and the magnetic drum by the elasticity of the support member to perform positioning in a direction parallel to the rotation direction of the magnetic drum facilitates positioning. This is advantageous in that the deviation is kept small.
[0016]
The support member is preferably made of elastic nonmagnetic metal or ceramic. In addition, it is desirable to provide a sheet or a coating film that gives wear resistance to the sliding surface of the magnetic sensor.
[0017]
In the magnetic sensor, the substrate has electrodes in addition to the MR elements. Furthermore, it is fixed by the support member, and FPC (flexible printed circuit board) is provided as a lead wire on the electrode of the substrate. Here, the substrate is made of a material having a strength necessary to accurately define the distance between the MR element and the magnetic drum. FPC is a lead wire and is made of a flexible material.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a magnetic encoder according to an example of the present invention. Here, the magnetic drum has a rotating shaft (shaft) 1 and a magnetic body 2 provided in the periphery thereof. The magnetic body 2 was provided with a plurality of magnetic poles (units for outputting magnetic signals) at a predetermined pitch λ. The diameter of the magnetic drum was 15 mm, the magnetization pitch was 100 μm, and the shaft was used as a paper feed roller for the printer. The magnetic sensor 3 was supported by the arm 4 on the back side. In addition, the arm applies a force to hold the magnetic sensor so that it slides without leaving the magnetic drum. By providing the concave portion 3a on the magnetic sensitive surface side of the magnetic sensor, the displacement in the direction parallel to the drum rotation direction is suppressed, and the magnetic sensor and the magnetic drum are easily positioned. Details of the MR sensor applied to this magnetic encoder will be described with reference to FIG.
[0019]
FIG. 2 is a cross-sectional view of a magnetic sensor according to the present invention. In this magnetic sensor, the substrate is formed in a staircase shape so that the MR elements are arranged in a cross-sectional shape corresponding to the outer diameter of the magnetic drum. Therefore, a step-like base film is formed by forming an insulating film used as a base of the MR element on a flat substrate in a predetermined pattern using a photolithography technique.
[0020]
A method for forming the cross-sectional shape will be described. The forming method was performed in the order of film formation and etching. First, film formation will be described. After the first MR element and the wiring film 12 were formed on the glass substrate 11, an alumina film 13 was formed to a thickness of 1.0 μm as an intermediate insulating film. After the chromium film 13a was formed to 0.05 μm, the alumina film 14 was further formed to 1.4 μm. Next, after the second MR element and the wiring film 15 were formed, an alumina film 16 was formed in an order of 1.0 μm, a chromium film 16a was formed in an order of 0.05 μm, and an alumina film 17 was formed in an order of 3.2 μm. Finally, after the third MR element and the wiring film 18 were formed, the alumina film 19 was formed in the order of 1.0 μm, the chromium film 19a was formed in the order of 0.05 μm, and the alumina film 20 was formed in the order of 2.0 μm.
[0021]
Next, etching will be described. First, a resist was formed by photolithography outside the center of the sensor from 370 μm, and dry etching using BCl 3 and Cl 2 as reaction gases was performed. Here, the chromium film 19a functions as an etching stopper for removing only the alumina film 20 having a surface layer of 1.4 μm from the alumina films 19 and 20, and preventing the second layer alumina film 19 from being etched. Further, since the chromium film is nonmagnetic, the magnetic signal emitted from the magnetic drum is not impaired. After removing the portion of the chromium film 19a exposed by ion milling, a resist is formed outside 270 μm from the center of the sensor, and the same dry etching and ion milling are performed to obtain the alumina films 19 and 17 and the chromium film 16a. It was removed according to the resist pattern. Finally, a resist was formed outside 120 μm from the sensor center, and the same dry etching and ion milling were performed to remove the alumina films 16 and 14 and the chromium film 13a in accordance with the resist pattern. Through the above steps, the recess 3 a was formed on the magnetic sensitive surface side of the magnetic sensor 3. In addition, the arrangement of the MR element is also along the recess. The connection for connecting each layer of the MR element and the wiring films 12, 15 and 18 was formed by forming through holes (through holes) in the layers of the alumina films 13, 14 and 16, 17 and sputtering copper therethrough. .
[0022]
【The invention's effect】
As described above, by using the magnetic encoder of the present invention, which has a recess for arranging a plurality of MR elements on a substrate, and the MR elements are arranged along the curved surface of the magnetic drum, the diameter of the magnetic drum can be reduced. Even if it becomes smaller, a highly accurate output signal can be obtained, and a magnetic encoder that does not cause positional deviation can be configured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a magnetic encoder of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a magnetic sensor according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a positional deviation of a conventional magnetic sensor.
FIG. 4 is a perspective view of a conventional magnetic encoder.
[Explanation of symbols]
1 rotating shaft, 2 magnetic material,
3 Magnetic sensor, 3a recess,
4 arms, 11 substrates,
12 first MR element and wiring film, 13 alumina film,
13a Chrome film, 14 Alumina film,
15 Second MR element and wiring film, 16 Alumina film,
16a chromium film, 17 alumina film,
18 Third MR element and wiring film, 19 Alumina film,
19a chromium film, 20 alumina,
61 magnetic drum , 62 magnetic sensor,
63 patterns, 64 patterns,
101 shaft, 102 magnetic recording medium,
103 Magnetic sensor, 104 Flexible cable,
105 signal processing circuit, 106 tracks.

Claims (5)

磁気ドラムから発生する磁界を磁気センサーに設けた磁気抵抗効果素子で検出する磁気式エンコーダーであって、前記磁気センサーは基板上に複数の磁気抵抗効果素子を配置する階段状の凹部を備え、前記磁気抵抗効果素子が磁気ドラムの曲面に沿って配置されていることを特徴とする磁気式エンコーダー。  A magnetic encoder for detecting a magnetic field generated from a magnetic drum by a magnetoresistive effect element provided in a magnetic sensor, wherein the magnetic sensor includes a stepped recess for arranging a plurality of magnetoresistive effect elements on a substrate, A magnetic encoder, wherein magnetoresistive elements are arranged along a curved surface of a magnetic drum. 前記磁気ドラムの径は30mm以下で、かつ着磁ピッチは100μm以下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ー。2. The magnetic encoder according to claim 1, wherein the magnetic drum has a diameter of 30 mm or less and a magnetization pitch of 100 μm or less. 請求項1に記載の磁気式エンコーダーにおいて、前記磁気センサーの基板は前記階段状の凹部を、階段状の薄膜構造あるいは基板に直接形成した階段状の凹部で構成することを特徴とする磁気式エンコーダー。  2. The magnetic encoder according to claim 1, wherein the magnetic sensor substrate has the stepped recess formed by a stepped thin film structure or a stepped recess formed directly on the substrate. . 請求項1に記載の磁気式エンコーダーにおいて、前記磁気センサーの基板は非磁性金属基板のプレスあるいは樹脂の成形により前記凹部を形成することを特徴とする磁気式エンコーダー。  2. The magnetic encoder according to claim 1, wherein the recess of the magnetic sensor substrate is formed by pressing a nonmagnetic metal substrate or molding a resin. 請求項1ないし4のいずれかに記載の磁気式エンコーダーにおいて、前記磁気センサーを支持する支持部材を備え、前記支持部材に弾性を持たせて磁気センサーと磁気ドラムを摺動させることにより、前記磁気ドラムの回転方向に平行な方向の位置決めを行うことを特徴とする磁気式エンコーダー。5. The magnetic encoder according to claim 1 , further comprising: a support member that supports the magnetic sensor, wherein the support member is elastic to slide the magnetic sensor and the magnetic drum. A magnetic encoder characterized by positioning in a direction parallel to the rotation direction of the drum.
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