JP5240429B2 - 磁気式エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、磁気抵抗素子を使用した磁気式エンコーダに関し、特に磁気抵抗素子とバイアス磁石の取り付け構造に関する。

（従来技術１）
従来の磁気式エンコーダとしては、図８の検出機構部と図１０に示す検出回路を組み合わせて構成されているものがある。（例えば、特許文献１参照）。
図８は、１回転あたり１パルスの矩形波信号で、かつ、回転方向を検出するため９０度位相差の２信号が得られる磁気式検出装置の検出機構部の斜視図を示す。プリント基板４の表面にバイアス磁石２を固定し、プリント基板４の裏面に磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４（点線にて表示）を固定している。移動磁石３は、磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４に対向して回転する。図９は各部品の取り付け位置関係を示した断面図である。１５は、磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４のリード部である。図９において、移動磁石３と磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４は、所定のギャップをもって対向しており、４個の磁気抵抗素子のリード部１５は、プリント基板４にハンダ付けで固定されている。プリント基板４を挟んだ反対面には、環状のバイアス磁石２が固定してある。環状のバイアス磁石２は、磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４に必要なバイアス磁界を与えることにより、図１０に示す検出回路７で１回転に１パルスの矩形波信号７２，７３を得る。１パルスの矩形波信号７２，７３は、お互いの矩形波信号が電気的に９０度位相差を持ち、この位相差を検出することにより回転方向を検出する。
図１０は、検出回路７の回路構成を示す。移動磁石３が回転することにより発生する磁界の変化を、対向した４個の磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４で検出し、検出回路７で矩形波信号７２，７３を得る。Ｒは抵抗、ＶＲは可変抵抗を示す。７１は、磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４の信号を矩形波に波形整形するための演算増幅器である。

図１０では検出回路７を２組使用し、回転方向も検出している。磁気抵抗素子の両端に電圧を印加し、移動磁石３の回転によって変化した磁界の変化とバイアス磁石２の磁気変化のベクトル和を磁気抵抗素子で検出し、磁気抵抗素子の中点端子Ｂに発生する検出信号電圧を演算増幅器７１で波形整形して矩形波信号７２、７３を得る。なお、外部雑音、電圧変動、温度変化に対しての影響を排除する目的で、１８０度位相差の電気信号が得られる磁気抵抗素子１１と磁気抵抗素子１３、磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１４とを組み合わせ、差信号を波形整形する。
図１１は、磁気抵抗素子の内部構成の詳細を示した図である。磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４は、樹脂で整形された磁気抵抗素子の検出部と磁気抵抗素子のリード部にて構成される。磁気抵抗素子本体は、２組の櫛形状磁気抵抗パターンで構成されたチップ１０を使用し、Ｃ１は、チップ１０の中心を示す。Ａ，Ｂ，Ｃは、磁気抵抗素子のリード部の端子番号名で、端子Ｂより検出信号が出力される。

図１２は、磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４と環状のバイアス磁石２の位置関係を示す。磁気抵抗素子の検出部のチップ１０の中心Ｃ１と環状のバイアス磁石２のＮ極とＳ極の境界部が一致するように位置決めしてある。環状のバイアス磁石２は、プリント基板４を挟んだ反対面に磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４と同一の円周上に固定してある。図１３は移動磁石３のＮ極とＳ極の磁極構成を示した平面図である。磁気抵抗素子は、Ｎ極とＳ極の磁気境界部で磁気変化を検出するため、バイアス磁石を使用しないと１回転に２パルスの矩形波信号を検出する。そこで、１回転に１パルスを得るために、図１３に示した回転側の移動磁石３の磁極構成と図１２に示した固定側のバイアス磁石２の磁極構成を採用し、この組み合わせによる磁気変化のベクトル和を磁気抵抗素子で検出し、１回転に１パルスの矩形波信号７２，７３を得る。

（従来技術２）
また、特許文献１には上記装置の改良技術として図４、図５の検出機構部と図１０の従来技術１と同一の検出回路で構成されたものが開示されている。図４は磁気抵抗素子とバイアス磁石の取り付け構成を示す検出機構部の斜視図である。磁気抵抗素子をプリント基板４に取り付け、従来技術１で示したバイアス磁石２を分割したバイアス磁石２１，２２，２３，２４をそれぞれ磁気抵抗素子の検出部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａの上に固定している。図５は各部品の位置関係を示した断面図である。プリント基板４に磁気抵抗素子の検出部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａと、バイアス磁石２１，２２，２３，２４を同時に取り付けるための位置決め部４１（プリント基板４にあけられた穴部）を４カ所配設し、そこに磁気抵抗素子の検出部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａとバイアス磁石２１，２２，２３，２４を取り付けている。
環状の移動磁石３と磁気抵抗素子は対向しており、４個の磁気抵抗素子の検出部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａをプリント基板４の位置決め部４１に挿入し、磁気抵抗素子の各リード部１５は、プリント基板４にハンダ付けにて固定している。磁気抵抗素子と移動磁石３の関係および構成は、従来技術１と同一である。バイアス磁石２１，２２，２３，２４の形状寸法は、磁気抵抗素子の検出部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａの形状寸法と同一である。
プリント基板４の位置決め部４１に磁気抵抗素子の検出部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａを挿入して、磁気抵抗素子の各リード部１５をハンダ付けにより固定し、その後磁気抵抗素子の検出部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａの裏面に接着剤を塗布し、位置決め部４１を利用してバイアス磁石２１，２２，２３，２４を接着固定すればバイアス磁石の取り付けは完了する。バイアス磁石２１，２２，２３，２４のＮ極とＳ極の磁極境界線と磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４の中点部Ｃ１とが一致するようにバイアス磁石２１，２２，２３，２４が予め着磁されており、機械的な位置決めのみで磁気抵抗素子にバイアス磁界を与えることができる。位置決め部４１の寸法は、磁気抵抗素子の検出部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａの形状寸法およびバイアス磁石２１，２２，２３，２４の形状寸法とほぼ同一で、磁気抵抗素子の検出部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａとバイアス磁石２１，２２，２３，２４がなめらかに挿入できる寸法としている。

図６はプリント基板４の位置決め部４１の形状の詳細を示した図である。磁気抵抗素子の検出部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａとバイアス磁石２１，２２，２３，２４の位置決め部品としてプリント基板４に設けた位置決め部４１（プリント基板４にあけられた穴部）を使用している。
図７は磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４とバイアス磁石２１，２２，２３，２４の取り付けの関係を示した図である。バイアス磁石２１，２２，２３，２４のＮ極とＳ極の磁極境界線が、プリント基板４の裏面にある磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４（リード部のみ点線で表示）の中点部Ｃ１に一致するように配置されている。
特開平１１−２１１４０９公報

ところが、従来技術１では、環状のバイアス磁石２を磁気抵抗素子取付のプリント基板４の反対面に、磁気抵抗素子と同一円周上で、かつ磁気抵抗素子のチップ１０の中心Ｃ１と一致するように位置決めして固定することが必要であるが、これには環状のバイアス磁石２には円周方向の位置決め機能がない。しかも、環状のバイアス磁石２の磁極位置が目視では見えないため、位置決め治具（図示せず。）によって取り付ける必要があった。さらに、環状のバイアス磁石２のため、磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４が配置されていないプリント基板４の反対面の同一円周上にも他の部品が実装できず、部品実装密度が低下し、プリント基板外形寸法が大きくなって磁気式エンコーダが小形化できないという問題があった。
また、従来技術２では、磁気抵抗素子とバイアス磁石２を位置決め冶具を使用しないで同時に位置決めできるが、このためにリード端子タイプの磁気抵抗素子の外形よりやや大きな穴の位置決め部を設けたため、表面実装タイプの磁気抵抗素子を用いることができず小形化が困難であった。
また、プリント基板に配設される位置決め部（プリント基板４にあけられた穴部）の大きさはリード端子タイプ磁気抵抗素子の検出部モールドの外形により決まるため、本来必要なバイアス磁石サイズが小さくても磁気抵抗素子の外形に合わせて配設、穿孔する必要があり、必要以上の穿孔部分によってプリント基板の強度を低下させる上、パターン配線の自由度を低下させるという問題があった。
そこで、本発明は位置決め冶具を使用せずバイアス磁石２を取り付けるとともに、表面実装タイプの磁気抵抗素子を用い、これによりプリント基板の部品実装密度を向上させることができ、品質の向上と小形化が可能な磁気式エンコーダを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
すなわち、本発明の一の観点による磁気式エンコーダは、磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を与えるバイアス磁石と、前記磁気抵抗素子に対して対向し、相対移動する移動磁石と、前記磁気抵抗素子を取り付けるための取り付け部品と、を備え、前記取り付け部品は、前記バイアス磁石を位置決めするための位置決め部を有し、前記位置決め部の外形寸法は、前記磁気抵抗素子の外形寸法より小さいことを特徴とする。
また、上記一の観点による磁気式エンコーダは、前記取り付け部品がプリント基板であり、前記位置決め部がプリント基板にあけられた貫通穴部であることを特徴とする。
また、上記一の観点による磁気式エンコーダは、磁気抵抗素子が表面実装タイプの磁気抵抗素子であることを特徴としてもよい。
また、上記一の観点による磁気式エンコーダは、前記位置決め部が、前記磁気抵抗素子の実装領域で電極用パッドに囲まれた領域に配設されていることを特徴としてもよい。
また、上記一の観点による磁気式エンコーダは、前記プリント基板に設けた貫通穴部は全体が角形をなし、かつ四隅には前記バイアス磁石挿入時のバイアス磁石のカケ防止のための半円形の抜き穴を有することを特徴としてもよい。
また、上記一の観点による磁気式エンコーダは、前記バイアス磁石に磁極のＮ極とＳ極の境界を表すケガキ線とＮ極またはＳ極の極性を表す印をつけたことを特徴としてもよい。
また、本発明の他の観点によれば、上記一の観点による磁気式エンコーダのバイアス磁石の取り付け方法において、プリント基板のパッドにあわせて磁気抵抗素子を実装して、その後磁気抵抗素子の検出部裏面に接着剤を塗布し、前記貫通穴部を利用してバイアス磁石を接着固定することを特徴とする。
また、本発明の更に他の観点によるサーボモータは、上記一の観点による磁気式エンコーダを搭載したことを特徴とする。

以上述べたように、本発明によれば、磁気抵抗素子を取り付けるための取り付け部品には、磁気抵抗素子とバイアス磁石を位置決めするための位置決め部を磁気抵抗素子より小さい寸法で配設したことにより、従来の位置決め冶具による取り付けが不要となり、取り付けが容易になり、その分取り付け時間を短縮することができる。また、今まで環状のバイアス磁石により実装ができなかったプリント基板部に他の部品を実装でき、プリント基板の部品実装率が向上する結果、プリント基板の外形寸法が小さくなり、磁気式エンコーダが小形になるという効果がある。また、プリント基板４に磁気抵抗素子を実装する反対側の実装部品を効率よく取り付けることができ、さらに、プリント基板４内のパターン配線の自由度が増し効率よく配線ができるうえ、位置決め部４１の貫通穴部が、プリント基板４の中心の穴部にかかることが無くなるので、プリント基板４の強度が向上する。さらに、バイアス磁石の片面に磁極のＮ極とＳ極の磁極境界を示すケガキ線と極性を表す印を付けてバイアス磁石を固定することにより、バイアス磁石の取り付けミスがなくなり、品質が向上するという効果が発生する。

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

図１は、本発明の磁気抵抗素子とバイアス磁石の取り付け構成の第１の実施例を示す検出機構部の上面図である。本実施例の磁気式エンコーダは、図１の検出機構部と図１０の従来例と同一の検出回路で構成される。磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４を取り付けるための取り付け部品としてプリント基板４を使用している。バイアス磁石２１，２２，２３，２４をそれぞれ磁気抵抗素子の検出部の上に固定する。図２は、実施例の各部品の位置関係を示した断面図である。プリント基板４には磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４を固定するためのパッド１６と磁気抵抗素子実装後バイアス磁石２１，２２，２３，２４を取り付けるための位置決め部４１（プリント基板４にあけられた貫通穴部）が４カ所配設されており、この位置決め部を用いて磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４とバイアス磁石２１，２２，２３，２４を取り付ける。

環状の移動磁石３と磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４は対向しており、４個の磁気抵抗素子をプリント基板４のパッド１６上に実装している。磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４と移動磁石３の関係および構成は、従来例と同一である。
本発明が従来技術と異なるのは、磁気抵抗素子として表面実装タイプのものを使い、バイアス磁石とバイアス磁石を取り付けるための位置決め部（プリント基板４にあけられた穴部）を磁気抵抗素子より小さく構成したことにある。

プリント基板４に磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４をパッド１６にあわせ実装して、その後、磁気抵抗素子の検出部１１，１２，１３，１４の裏面に接着剤を塗布し、位置決め部４１を利用してバイアス磁石２１，２２，２３，２４を接着固定すればバイアス磁石の取り付けは完了する。バイアス磁石２１，２２，２３，２４のＮ極とＳ極の磁極境界線と磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４の中点部Ｃ１とが一致するようにバイアス磁界用磁石２１，２２，２３，２４が予め着磁されているので、機械的な位置決めのみで磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４に適切なバイアス磁界を与えることができる。位置決め部４１の寸法は、磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４の形状寸法より小さく、バイアス磁石２１，２２，２３，２４がなめらかに挿入できる寸法としている。

バイアス磁石２１，２２，２３，２４を磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４より小さい寸法にした結果、環状のバイアス磁石２がなくなり、且つ、プリント基板４に磁気抵抗素子を実装する反対側の実装部品を効率よく取り付けることができ、さらに、プリント基板４内のパターン配線の自由度が増し効率よく配線ができる上、位置決め部４１の貫通穴部が、プリント基板４の中心の穴部にかかることが無くなるので、プリント基板４の強度が向上する。

図３は位置決め部４１とバイアス磁石の様子を拡大表示した図である。位置決め部４１である貫通穴部は全体が角形をなし、４隅には半円形の抜き穴４２が設けられている。この抜き穴４２はバイアス磁石装着時にプリント基板４とバイアス磁石２１,２２,２３,２４をぶつけることによって生じるカケなどを防止するためのものである。
バイアス磁石２１，２２，２３，２４の外形形状が矩形で磁気抵抗素子１１，１２，１３，１４上に取り付ける場合、着磁状態が目視で判別できないため、取り付けミスをする可能性がある。そこで、図３にしめすようにバイアス磁石２１，２２，２３，２４磁石の片面に磁極のＮ極とＳ極の境界にケガキ線４４とまた磁極のたとえばＳ（Ｎ）極を表す印を付けるようにしている。このことから境界および極性が明確になり、確実にバイアス磁石２１，２２，２３，２４を取り付けることができる。
なお、本発明の実施例として特に図示していないが、本発明による磁気式エンコーダをサーボモータの位置検出装置として搭載する場合にも同じ効果が得られることはいうまでもない。

本発明の第１の実施例の上面図である。 本発明の第1の実施例の各部品位置関係を示した断面図である。 本発明の位置決め部の拡大表示図である。 従来の磁気式エンコーダの検出機構部の斜視図である。 従来の検出部の各部品位置関係を示した断面図である。 従来のプリント基板に配設した位置決め部の形状の詳細を示す図である。 従来の磁気抵抗素子とバイアス磁石の取り付け状態を示す図である。 従来の磁気式エンコーダの検出機構部の斜視図である。 従来の検出部の各部品位置関係を示した断面図である。 従来の検出回路を示す図である。 従来の磁気抵抗素子の内部構成の詳細を示した図である。 従来の磁気抵抗素子と環状のバイアス磁石の取り付け状態を示す図である。 従来の移動磁石の形状と着磁状態を示す図である。

符号の説明

１０ チップ
１１，１２，１３，１４ 磁気低抗素子
１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａ 磁気低抗素子の検出部
１５リード部
１６パッド
Ｃ１ 磁気抵抗素子中点部
２，２１，２２，２３，２４バイアス磁石
３ 移動磁石
４ プリント基板（取り付け部品）
４１ 位置決め部
４２ 抜き穴
４３ Ｓ（Ｎ）極性表示印
４４ Ｎ−Ｓ極境界表示ケガキ線
７ 検出回路
７１ 演算増幅器
７２，７３ 矩形波信号

Claims (8)

1. 磁気抵抗素子と、
   前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を与えるバイアス磁石と、
   前記磁気抵抗素子に対して対向し、相対移動する移動磁石と、
   前記磁気抵抗素子を取り付けるための取り付け部品と、
   を備え、
   前記取り付け部品は、前記バイアス磁石を位置決めするための位置決め部を有し、
   前記位置決め部の外形寸法は、前記磁気抵抗素子の外形寸法より小さい、磁気式エンコーダ。
2. 前記取り付け部品が、プリント基板であり、
   前記位置決め部が、前記プリント基板にあけられた貫通穴部である、請求項１に記載の磁気式エンコーダ。
3. 前記磁気抵抗素子が、表面実装タイプの磁気抵抗素子である、請求項１又は２に記載の磁気式エンコーダ。
4. 前記位置決め部が、前記磁気抵抗素子の実装領域で電極用パッドに囲まれた領域に配設されている、請求項３に記載の磁気式エンコーダ。
5. 前記プリント基板に設けた前記貫通穴部は、全体が角形をなし、かつ、４隅には前記バイアス磁石挿入時のバイアス磁石のカケ防止のための半円形の抜き穴を有する、請求項２に記載の磁気式エンコーダ。
6. 前記バイアス磁石に、磁極のＮ極とＳ極の境界を表すケガキ線と、Ｎ極またはＳ極の極性を表す印と、をつけたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の磁気式エンコーダ。
7. 請求項４記載の磁気式エンコーダのバイアス磁石の取り付け方法において、
   前記プリント基板のパッドにあわせて前記磁気抵抗素子を実装し、
   その後前記磁気抵抗素子の検出部裏面に接着剤を塗布して、前記貫通穴部を利用してバイアス磁石を接着固定する、磁気式エンコーダのバイアス磁石取り付け方法。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダを搭載した、サーボモータ。
   

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