JP6322052B2 - センサ装置 - Google Patents
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によれば、環境温度が変化しても安定した検出精度を得ることができる。
ようにするため、軸部を軸線回りの周方向で偏った配置にしていても、回路基板の支持については、軸線回りの周方向で荷重を分散して支持することが可能である。よって、固定時の回路基板の変形を抑制でき、残留応力が経時で解放されることによる回路基板の形状変化を抑制できる。従って、回路基板の変形による検出精度の低下を抑制できる。
基板においてセンサが実装されている領域の温度が変化しにくいので、センサ素子の温度をヒータによって精度よく制御することができる。それ故、環境温度が変化しても安定した検出精度を得ることができる。
図1は、本発明を適用したロータリエンコーダ1を搭載したモータ100の説明図であり、図1(a)、(b)、(c)は、モータ100を出力側からみた斜視図、モータ100を出力側と反対側(反出力側)からみた斜視図、およびモータ100からエンコーダケース140を外した状態を反出力側からみた斜視図である。また、図2は磁気センサ装置10を軸線L方向の一方側L1からみた斜視図であり、図3はその分解斜視図である。なお、図1(c)では、回路基板50の軸線L方向の一方側L1の面に実装された部品等の図示を省略してある。また、図2、図3では、後述するコネクタ94を除き、回路基板50の軸線L方向の一方側L1の面に実装された部品等の図示を省略してある。
図4は、本発明を適用した磁気センサ装置10を備えたロータリエンコーダ1の説明図である。図5は、本発明を適用したロータリエンコーダ1の検出原理等を示す説明図であり、図5(a)、(b)、(c)、(d)は、A相用の感磁膜の電気的な接続構造を示す説明図、B相用の感磁膜の電気的な接続構造を示す説明図、磁気センサ3から出力される信号の説明図、およびかかる信号と磁石20(出力軸120)の角度位置(電気角)との関係を示す説明図である。
設けられており、磁気抵抗素子4、第1ホール素子81、および第2ホール素子82からの出力に基づいて、磁石20(出力軸120)の回転角度位置が求められる。
図6は、本発明を適用した磁気センサ装置10に用いた磁気センサ3の説明図であり、図6(a)、(b)、(c)は、磁気センサ3の平面構成を示す説明図、断面構成を示す説明図、および断面構成の変形例を示す説明図である。なお、図6(b)、(c)では、磁気抵抗素子4(感磁膜41〜44)、温度監視用抵抗膜47、および加熱用抵抗膜48の層構造を模式的に示してある。また、図6(a)では、温度監視用抵抗膜47については右下がりの斜線を付し、加熱用抵抗膜48については右上がりの斜線を付してある。
続位置に向かって右回りした際の加熱用抵抗膜48の長さと、配線部分481と加熱用抵抗膜48との接続位置から配線部分482と加熱用抵抗膜48との接続位置に向かって左回りした際の加熱用抵抗膜48の長さが等しい。
本形態の磁気センサ3は、図6(b)に示す断面構造、あるいは図6(c)に示す断面構造をもって構成されている。具体的には、図6(b)に示すように、まず、素子基板40の一方面40aには、シリコン酸化膜からなる第1絶縁膜401、シリコン酸化膜からなる第2絶縁膜402、およびポリイミド樹脂等からなる第3絶縁膜403が形成されている。本形態において、感磁膜41〜44はスパッタ法等により形成されたパーマロイ膜であり、温度監視用抵抗膜47および加熱用抵抗膜48はいずれも、スパッタ法等により形成されたチタン膜等、磁気抵抗効果を示さない導電膜である。
図7は、本発明を適用した磁気センサ装置10の半導体装置92に構成した温度制御部の概略構成を示す説明図である。図7に示すように、本形態の磁気センサ装置10には、温度監視用抵抗膜47の抵抗変化に基づいて加熱用抵抗膜48への給電を制御する温度制御部が構成されている。より具体的には、温度監視用抵抗膜47の温度監視用の電源端子VccSには抵抗84が接続されており、抵抗84において温度監視用抵抗膜47が接続されている側と反対側は電源端子VccS0に接続されている。温度監視用抵抗膜47において抵抗84が接続されている側と反対側には温度監視用のグランド端子GNDSが設けられており、温度監視用抵抗膜47と抵抗84は、電源端子VccS0とグランド端子
GNDSとの間で直列に接続されている。
図8は、本発明を適用した磁気センサ装置10に用いた回路基板50の説明図であり、図8(a)、(b)は、回路基板5を軸線L方向の一方側L1からみた平面図、および回路基板5を軸線L方向の他方側L2からみた底面図である。
は、磁気センサ3とマイクロコンピュータ91とを結ぶ仮想線に対して交差する方向に延在している。
図9は、本発明を適用した磁気センサ装置10に用いたホルダ6の説明図であり、図9(a)、(b)、(c)は、ホルダ6を軸線L方向の一方側L1からみた平面図、ホルダ6を軸線L方向の他方側L2からみた底面図、およびホルダ6のA−A′断面図である。図3、図9に示すように、ホルダ6は、軸線Lと同心状の円形穴を備えた筒状胴部60を有しており、筒状胴部60の一方側L1の端部で回路基板50を保持する。ここで、ホルダ6の筒状胴部60の一方側L1の端部には、軸線L方向の一方側L1に向けて突出して一方側L1の端面で回路基板50の他方面502を支持する複数の回路基板支持部66a、66b、66c、66dが形成されている。回路基板支持部66a、66b、66c、66dは、軸線L回りで略等角度間隔に形成されている。
部56a、56b、56dに嵌っている。従って、回路基板支持部66a、66b、66dが回路基板50の他方面502に当接して回路基板50を軸線L方向の他方側L2で支持し、軸部67a、67b、67dは回路基板50を軸線Lに直交する方向で位置決めしている。
以上説明したように、本形態の磁気センサ装置10(センサ装置)は、回路基板50と、回路基板50に実装された磁気センサ3(センサ)と、回路基板50に実装されたマイクロコンピュータ91(第1電子部品)とを有している。また、磁気センサ3には、温度監視用抵抗膜47(感温部)および加熱用抵抗膜48(ヒータ)が形成されており、加熱用抵抗膜48は、温度監視用抵抗膜47での検出結果に基づいて磁気抵抗素子4の温度が一定になるように磁気抵抗素子4を加熱する。このため、磁気センサ3の検出結果は環境温度の影響を受けにくい。
装領域50aの温度が変化しにくいので、磁気抵抗素子4の温度を加熱用抵抗膜48によって精度よく制御することができる。それ故、本形態の磁気センサ装置10によれば、環境温度が変化しても安定した検出精度を得ることができる。
た、ホルダ6は樹脂製である。このため、ホルダ6を介しての回路基板50とモータケース130との間の熱伝導を抑制することができる。従って、回路基板50において磁気センサ3が実装されている内側実装領域50aの温度が変化しにくいので、磁気抵抗素子4の温度を加熱用抵抗膜48によって精度よく制御することができる。それ故、本形態の磁気センサ装置10によれば、環境温度が変化しても安定した検出精度を得ることができる。
まず、磁気センサ装置10をオフ状態にした状態でモータ100の側面に向けて熱風機から熱風を送って加熱した後、加熱を停止した以降の温度を各部位で計測した。その結果を表1に示す。なお、環境温度は30℃である。
図11は、本発明を適用した磁気センサ装置10に用いた別の回路基板150の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、図7を参照して説明した形態と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
(1)上記各形態において、回路基板支持部66a、66b、66d(第1回路基板支持部)の軸部67a、67b、67dと、第1貫通部56a、56b、56dの内周面との隙間の寸法D1、および、回路基板支持部68a、68b(第2回路基板支持部)の筒部69a、69bと、第2貫通部57a、57bの内周面との隙間の寸法D2の大小関係を、上記形態とは逆のD1<D2となるように両隙間の寸法を設定しても良い。この場合、回路基板支持部66a、66b、66d(第1回路基板支持部)を位置決め基準として
、回路基板50の位置決めがなされる。従って、ネジ締め時のネジ締め箇所の変形などによって、回路基板50の位置精度が低下することを抑制できる。
回路基板50を平面に載せて固定するベタ付け構造(従来構造)の場合、回路基板が固定時に変形して、残留応力が経時で解放されることに起因するセンサ検出出力値の経時変化は、20mV以上になっていた。これに対し、図3等に図示した本発明の形態では、センサ検出出力値の経時変化は、0.5mV程度であることが確認された。
上記各形態では、センサ装置として磁気センサ装置10を例示したが、光センサ装置等、他のセンサ装置に本発明を適用してもよい。
3・・磁気センサ
4・・磁気抵抗素子(センサ素子)
6・・ホルダ
10・・磁気センサ装置
20・・磁石
21・・着磁面
40・・素子基板
40a・・一方面
41〜44・・感磁膜
45・・感磁領域
47・・温度監視用抵抗膜(感温部)
48・・加熱用抵抗膜(ヒータ)
50・・回路基板
50a・・内側実装領域
50b・・外側実装領域
50c・・回路基板の外縁
52、53・・スリット
54・・スルーホール
55・検査端子
56a、56b、56d・・第1貫通部
57a、57b・・第2貫通部(切り欠き)
58、59・・ネジ
58a、59a・・ネジ頭
58b、59b・・軸部
60・・筒部
62・・凹部
63a、63b、63c・・突部
64a、64b、64c・・穴
66a、66b、66d・・回路基板支持部(第1回路基板支持部)
66c・・回路基板支持部(第3回路基板支持部)
67a、67b、67d・・軸部
68a、68b・・回路基板支持部(第2回路基板支持部)
69a、69b・・筒部
81、82・・ホール素子
83・・スイッチング素子
84・・抵抗
85・・オペアンプ
90・・アンプ部
91・・マイクロコンピュータ(第1電子部品)
92・・半導体装置(第2電子部品)
93・・トランジスタ
94・・コネクタ
95、96・・アンプ部
97・・変換部
100・・モータ
110・・モータ本体
120・・出力軸
130・・モータケース
140・・エンコーダケース
150・・回路基板
190・・ネジ
206・・ホルダ
250・・回路基板
257a、257b・・貫通部
268a、268b・・回路基板支持部(第2回路基板支持部)
269a、269b・・固定穴
270・・先端面
300・・弾性接着剤
401、402、403・・絶縁膜
481、482・・配線部分
501・・一方面
502・・他方面
503・・当接部
661・・端面
L・・軸線
L1・・一方側
L2・・他方側
Claims (20)
- 回路基板と、
該回路基板に実装されたセンサと、
前記回路基板に実装された第1電子部品と、
を有し、
前記センサは、センサ素子と、該センサ素子の温度を検出する感温部と、該感温部での検出結果に基づいて前記センサ素子の温度が一定になるように当該センサ素子を加熱するヒータと、を有し、
前記回路基板には、前記センサと前記第1電子部品とを結ぶ仮想線に対して交差する方向に延在するスリットが形成されていることを特徴とするセンサ装置。 - 前記センサ素子は、素子基板と、該素子基板に形成された感磁膜と、を有していることを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。
- 前記スリットは、前記センサの周りに前記回路基板を一部残して当該センサを囲むように延在していることを特徴とする請求項1または2に記載のセンサ装置。
- 前記回路基板を軸線方向の一方側の端部で保持するホルダを有し、
前記一方側の端部には、前記軸線方向の前記一方側に向けて突出して当該一方側の端面で前記回路基板において前記軸線方向の他方側に向く面を支持する複数の回路基板支持部を有していることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載のセンサ装置。 - 前記複数の回路基板支持部には、該回路基板支持部の外形寸法より細い外形寸法をもって前記端面から前記軸線方向の前記一方側に向けて突出する軸部を備えた第1回路基板支持部が含まれ、
前記回路基板には、前記軸部が嵌る第1貫通部が形成されていることを特徴とする請求項4に記載のセンサ装置。 - 前記軸部および前記第1貫通部を複数備え、
前記ホルダに対して、前記回路基板の表裏が予め定めた向きとなり、且つ、前記回路基板が前記軸線回りで予め定めた回転位置となるように位置決めされると、前記複数の前記軸部の全てが前記第1貫通部と嵌合可能となり、
前記予め定めた回転位置は、360度の範囲内で1箇所のみであり、当該予め定めた回転位置を除く回転位置では、前記複数の前記軸部の少なくとも1つが、前記第1貫通部と嵌合不能であることを特徴とする請求項5に記載のセンサ装置。 - 前記複数の回路基板支持部には、前記一方側の端面から前記軸部が突出していない第3回路基板支持部が含まれ、
前記回路基板には、前記第3回路基板支持部の前記一方側の端面に対して前記軸線方向の他方側から当接する当接部が設けられていることを特徴とする請求項5または6に記載のセンサ装置。 - 前記第1貫通部に嵌合された前記軸部は、前記回路基板に弾性接着剤で接着されていることを特徴とする請求項5乃至7の何れか一項に記載のセンサ装置。
- 前記複数の回路基板支持部には、該回路基板支持部の外形寸法より細い外形寸法をもって前記一方側に向けて突出する筒部を備えた第2回路基板支持部が含まれ、
前記回路基板には、前記筒部が嵌る第2貫通部が形成され、
前記回路基板は、該回路基板に対して前記ホルダとは反対側から前記第2貫通部を通っ
て前記筒部に止められたネジによって前記ホルダに固定されていることを特徴とする請求項4乃至8の何れか一項に記載のセンサ装置。 - 前記複数の回路基板支持部には、該回路基板支持部の外形寸法より細い外形寸法をもって前記一方側に向けて突出する筒部を備えた第2回路基板支持部が含まれ、
前記回路基板には、前記筒部が嵌る第2貫通部が形成され、
前記回路基板は、該回路基板に対して前記ホルダとは反対側から前記第2貫通部を通って前記筒部に止められたネジによって前記ホルダに固定され、
前記軸部と前記第1貫通部の内周面との隙間は、前記筒部と前記第2貫通部の内周面との隙間より大きいことを特徴とする請求項5乃至8の何れか一項に記載のセンサ装置。 - 前記複数の回路基板支持部には、前記一方側の端面に固定穴が形成された第2回路基板支持部が含まれ、
前記回路基板には、前記ホルダとは反対側から前記固定穴にネジ止めされるネジが挿通される第2貫通部が形成され、
前記回路基板は、前記ネジによって前記ホルダに固定されていることを特徴とする請求項4乃至8の何れか一項に記載のセンサ装置。 - 前記複数の回路基板支持部には、前記一方側の端面に固定穴が形成された第2回路基板支持部が含まれ、
前記回路基板には、前記ホルダとは反対側から前記固定穴にネジ止めされるネジが挿通される第2貫通部が形成され、
前記回路基板は、前記ネジによって前記ホルダに固定され、
前記軸部と前記第1貫通部の内周面との隙間は、前記ネジと前記第2貫通部の内周面との隙間より小さいことを特徴とする請求項5乃至8の何れか一項に記載のセンサ装置。 - 前記第2貫通部は、前記回路基板の外縁に形成された切り欠きであることを特徴とする請求項9乃至12の何れか一項に記載のセンサ装置。
- 前記ホルダの前記軸線方向の前記他方側の端部には、周方向の複数個所から前記軸線方向の前記他方側に突出したセンサ装置固定用の突部が形成されていることを特徴とする請求項4乃至13の何れか一項に記載のセンサ装置。
- 前記ホルダは樹脂製であることを特徴とする請求項4乃至14の何れか一項に記載のセンサ装置。
- 前記ホルダは、筒状胴部を備え、
当該筒状胴部の内側には前記センサによって物理量が検出される検出対象部が配置されることを特徴とする請求項4乃至15の何れか一項に記載のセンサ装置。 - 前記回路基板では、前記スリットに対して前記センサが配置されている側に発熱性の第2電子部品が実装され、
前記第2電子部品は、前記回路基板の前記センサが実装されている側とは反対側の面に実装されていることを特徴とする請求項1乃至16の何れか一項に記載のセンサ装置。 - 前記回路基板において前記センサと前記第1電子部品との間には、前記センサと前記第1電子部品とを結ぶ仮想線に対して交差する方向に沿って複数のスルーホールが配置されていることを特徴とする請求項1乃至17の何れか一項に記載のセンサ装置。
- 前記第1電子部品はマイクロコンピュータであり、
前記スルーホールは、前記マイクロコンピュータへの情報の書き込み用であることを特徴とする請求項18に記載のセンサ装置。 - 前記回路基板において前記センサと前記第1電子部品との間には、前記センサと前記第1電子部品とを結ぶ仮想線に対して交差する方向に沿って複数の検査端子が配置されていることを特徴とする請求項1乃至19の何れか一項に記載のセンサ装置。
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