JP6925881B2 - 磁気スケールおよび磁気式エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、磁気スケール、および磁気スケールからの磁界を磁気センサ素子によって検出する磁気式エンコーダに関するものである。

磁気式エンコーダは、永久磁石を備えた磁気スケールと、磁気抵抗素子を備えた磁気センサ装置とを有しており、磁気スケールと磁気センサ装置とが相対移動した際の磁気センサ装置での検出結果に基づいて、磁気スケールと磁気センサ装置との相対位置等を検出する。磁気スケールは、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金からなるベース板と、ベース板の一方面に形成された磁性塗膜とを有しており、磁性塗膜によって永久磁石が構成されている（特許文献１参照）。

特開２０１６−３８２９４号公報

上記特許文献１に記載の磁気スケールを製造する際、ベース板を支持部材によって他方面側から支持した状態で磁性塗膜に着磁を行う際、ベース板が薄いと、支持部材の材質によっては、磁性塗膜を適正に着磁できないことがある。具体的には、支持部材が磁性材料からなる場合、支持部材から磁気的な影響を受けて磁性塗膜を適正に着磁することができないことがある。また、磁気スケールを用いた磁気式エンコーダを各種装置で用いる際、磁気スケールのベース板が装置に固定されるが、ベース板を磁性材料からなる被固定部材に固定した場合にベース板が薄いと、磁気スケールの永久磁石と被固定部材との磁気的な相互作用の影響を受けて磁気センサ素子への漏れ磁束が減少する等の問題がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明は、磁性塗膜に形成した永久磁石層に対するベース板側からの磁気的な影響を抑制することのできる磁気スケール、および磁気式エンコーダを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る磁気スケールは、ベース板と、前記ベース板の一方面側に形成され、磁性粉が樹脂層に分散した磁性塗膜と、を有し、前記磁性塗膜の少なくとも前記ベース板とは反対側の層が、前記ベース板の長手方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に設けられた永久磁石層とされ、前記永久磁石層に対して前記ベース板が位置する側には、前記ベース板側から前記永久磁石層側への磁気的な影響を緩和する厚さ３００μｍ以上のバッファ層が設けられており、前記ベース板は、非磁性基板または低磁性基板であり、前記磁性塗膜は、前記ベース板側に無着磁層を残すように前記永久磁石層が形成されており、前記バッファ層は、前記無着磁層および前記ベース板を含むことを特徴とする。本発明において、「低磁性材料」とは非磁性材料と磁性材料との中間に位置する特性を有する材料であり、例えば、磁性粉が樹脂層に分散した磁性塗膜や、圧延時に磁性を帯びたオーステナイト系ステンレス等を意味する。

本発明を適用した磁気スケールでは、永久磁石層に対してベース板が位置する下地側に厚さ３００μｍ以上の厚いバッファ層が設けられているため、磁性塗膜を着磁する際、あるいは磁気スケールを各種装置に搭載した際、磁性塗膜に形成した永久磁石層に対するベース板側からの磁気的な影響をバッファ層によって抑制することができる。例えば、ベース板を支持部材によって他方面側から支持した状態で磁性塗膜に着磁する際、支持部材が
磁性材料からなる場合でも、支持部材からの磁気的な影響をバッファ層によって抑制することができるので、磁性塗膜を適正に着磁することができる。また、磁気スケールを用いた磁気式エンコーダを各種装置で用いる際、磁気スケールのベース板を磁性材料からなる被固定部材に固定した場合でも、磁気スケールの永久磁石層と被固定部材との磁気的な相互作用の影響をバッファ層によって抑制することができるので、検出精度を高めることができる。

本発明を適用した磁気スケールでは、前記ベース板は、非磁性基板または低磁性基板であり、前記磁性塗膜は、前記ベース板側に無着磁層を残すように前記永久磁石層が形成されており、前記バッファ層は、前記無着磁層および前記ベース板を含む。また、前記ベース板と前記磁性塗膜との間に非磁性または低磁性の下地層が設けられ、前記バッファ層は
、前記下地層および前記ベース板を含む態様を採用してもよい。

本発明に係る磁気スケールは、ベース板と、前記ベース板の一方面側に形成され、磁性粉が樹脂層に分散した磁性塗膜と、を有し、前記磁性塗膜の少なくとも前記ベース板とは反対側の層が、前記ベース板の長手方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に設けられた永久磁石層とされ、前記永久磁石層に対して前記ベース板が位置する側には、前記ベース板側から前記永久磁石層側への磁気的な影響を緩和する厚さ３００μｍ以上のバッファ層が設けられており、前記ベース板は、磁性基板であり、前記磁性塗膜は、前記ベース板側に無着磁層を残すように前記永久磁石層が形成されており、前記バッファ層は、前記無着磁層を含む。また、前記ベース板と前記磁性塗膜との間に非磁性または低磁性の下地層が設けられ、前記バッファ層は、前記下地層を含む態様を採用してもよい。

本発明において、前記磁性塗膜は、厚さが２００μｍ以上である態様を採用することができる。

本発明において、前記磁性粉は、前記樹脂層中に６５質量％から９０質量％含まれている態様を採用することができる。本発明において、前記磁性粉は、フェライト系である態様を採用することができる。

本発明において、前記樹脂層は、エポキシ樹脂を主成分とする態様を採用することができる。本発明において、前記樹脂層の硬化剤がポリアミドアミンである態様を採用することができる。

本発明に係る磁気スケールを備えた磁気式エンコーダでは、前記磁気スケールからの磁界を検出する磁気センサ素子が設けられる。本発明において、前記磁気センサ素子は、磁気抵抗素子である態様を採用することができる。

本発明にかかる磁気スケールでは、永久磁石層に対してベース板が位置する下地側に厚さ３００μｍ以上の厚いバッファ層が設けられているため、磁性塗膜を着磁する際、あるいは磁気スケールを各種装置に搭載した際、磁性塗膜に形成した永久磁石層に対するベース板側からの磁気的な影響をバッファ層によって抑制することができる。例えば、ベース板を支持部材によって他方面側から支持した状態で磁性塗膜に着磁する際、支持部材が磁性材料からなる場合でも、支持部材からの磁気的な影響をバッファ層によって抑制することができるので、磁性塗膜を適正に着磁することができる。また、磁気スケールを用いた磁気式エンコーダを各種装置で用いる際、磁気スケールのベース板を磁性材料からなる被固定部材に固定した場合でも、磁気スケールの永久磁石層と被固定部材との磁気的な相互作用の影響をバッファ層によって抑制することができるので、検出精度を高めることがで
きる。

参考形態１の磁気式リニアエンコーダの外観等を示す説明図である。 図１に示す磁気式リニアエンコーダの要部を示す説明図である。 図１に示す磁気スケールの断面図である。 図１に示す磁気スケールの内挿誤差を示すグラフである。 図１に示す磁気スケールのヒステリシス誤差を示すグラフである。 図１に示す磁気スケールの着磁精度を示すグラフである。 図１に示す磁気スケールの磁性塗膜の表面粗さと検出精度との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態１に係る磁気スケールの断面を模式的に示す説明図である。 参考形態２に係る磁気スケールの断面を模式的に示す説明図である。断面図である。 本発明の実施形態２に係る磁気スケールの断面を模式的に示す説明図である。 本発明の実施形態３に係る磁気スケールの断面を模式的に示す説明図である。 参考形態３に係る磁気スケールの断面を模式的に示す説明図である。 本発明の実施形態４に係る磁気スケールの断面を模式的に示す説明図である。

図面を参照して、本発明の実施の形態および参考形態を説明する。

［参考形態１］
（全体構成）
図１は、参考形態１の磁気式リニアエンコーダの外観等を示す説明図である。図２は、図１に示す磁気式エンコーダ１００の要部を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、磁気センサ装置１の要部の構成を示す概略断面図、その概略斜視図、および概略平面図である。

図１に示すように、磁気式エンコーダ１００は、一方方向に直線的に延在する磁気スケール９と、磁気スケール９の近傍に配置された磁気センサ装置１とを有する磁気式リニアエンコーダである。磁気式エンコーダ１００においては、磁気スケール９および磁気センサ装置１の一方が固定体に保持され、他方が移動体に保持される。本形態では、例えば、磁気センサ装置１が固定体に保持され、磁気スケール９が両面粘着テープ等によって移動体に固定される。

磁気スケール９には、後述するように、長手方向（磁気センサ装置１と磁気スケール９との相対移動方向）に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配列されたトラックが形成されている。本形態において、磁気センサ装置１は、磁気スケール９の表面に形成された回転磁界の方向を検出することにより、磁気スケール９（移動体）が磁気スケール９の長手方向に移動した際の位置等を検出する。

磁気センサ装置１は、略直方体形状のアルミニウムダイカスト品からなるホルダ６と、このホルダ６の開口を覆う矩形のカバー６８と、ホルダ６から延びたケーブル７とを備えている。ホルダ６にはその側面にケーブル挿通穴６９が形成されており、このケーブル挿
通穴６９からケーブル７が引き出されている。

図２（ａ）に示すように、ホルダ６には、磁気スケール９と対向する底面に、段差を介してホルダ６の底面から突出した平坦面からなる基準面６０が形成されている。基準面６０には開口部６５が形成されており、開口部６５に対して、ガラス基板やシリコン基板、セラミックグレース基板などの剛性基板１０上に形成された磁気センサ素子２５が配置され、センサ面２５０が構成されている。剛性基板１０には、磁気センサ素子２５に電気的に接続するフレキシブル基板３４が接続されている。

本形態において、磁気センサ素子２５は磁気抵抗素子である。図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、磁気センサ素子２５は、磁気スケール９の面内方向で向きが変化する回転磁界を検出する磁気抵抗パターンとして、互いに９０°の位相差を有するＡ相の磁気抵抗パターン２５（Ａ）とＢ相の磁気抵抗パターン２５（Ｂ）とを有しており、Ａ相の磁気抵抗パターン２５（Ａ）とＢ相の磁気抵抗パターン２５（Ｂ）の下端面（磁気スケール９と対向する各パターン面）によってセンサ面２５０が構成されている。図２には、Ａ相の磁気抵抗パターンにはＳＩＮを付し、Ｂ相の磁気抵抗パターンには、ＣＯＳを付してある。

Ａ相の磁気抵抗パターン２５（Ａ）は、１８０°の位相差をもって磁気スケール９の移動検出を行う＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）と−ａ相の磁気抵抗パターン２５（−ａ）とを備えており、図面には、＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）にはＳＩＮ＋と付し、−ａ相の磁気抵抗パターン２５（−ａ）には、ＳＩＮ−を付してある。同様に、Ｂ相の磁気抵抗パターン２５（Ｂ）は、１８０°の位相差をもって磁気スケール９の移動検出を行う＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）と−ｂ相の磁気抵抗パターン２５（−ｂ）とを備えており、図面には、＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）にはＣＯＳ＋と付し、−ｂ相の磁気抵抗パターン２５（−ｂ）には、ＣＯＳ−を付してある。

本形態では、＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、−ａ相の磁気抵抗パターン２５（−ａ）、＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）、および−ｂ相の磁気抵抗パターン２５（−ｂ）は、１枚の剛性基板１０の同一の面上（主面上）に形成されている。また、磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、２５（−ａ）、２５（＋ｂ）、２５（−ｂ）は、剛性基板１０で格子状に配置されており、＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）と−ａ相の磁気抵抗パターン２５（−ａ）とは対角位置に形成され、＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）と−ｂ相の磁気抵抗パターン２５（−ｂ）とは対角位置に形成されている。

図２（ｃ）に示すように、磁気スケール９では、移動方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に並ぶトラック９１が形成されており、本形態では、３列のトラック９１（９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ）が幅方向（磁気センサ装置１と磁気スケール９との相対移動方向に交差する方向）で並列している。本形態において、各磁極のピッチは１．０ｍｍ以下である。ここで、隣接するトラック９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ間では、Ｎ極およびＳ極の位置が移動方向で１磁極分、ずれている。このため、両側のトラック９１Ａ、９１Ｃ間では、Ｎ極およびＳ極の位置が移動方向で一致している。隣接するトラック９１Ａとトラック９１Ｂの境界部分９１２、およびトラック９１Ｂとトラック９１Ｃの境界部分９１２は、例えば、磁極が存在しない無着磁部分や非磁性部分を介在させることなく、Ｎ極およびＳ極が直接、接するように形成されている。

このように構成した磁気スケール９において、トラック９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃの幅方向の縁部分では、面内方向の向きが変化する回転磁界が形成され、特に、トラック９１Ａとトラック９１Ｂとの境界部分９１２、およびトラック９１Ｂとトラック９１Ｃとの境界部分では、強度の大きな回転磁界が発生している。従って、本形態では、トラック９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃの境界部分９１２に対して磁気センサ装置１のセンサ面２５０を面対向
させている。また、センサ面２５０は、磁気スケール９の幅方向の中央に位置している。

このように構成した磁気式エンコーダ１００において、磁気スケール９が磁極の１周期分移動すると、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓが２周期分、出力される。従って、内挿によって、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓからθ＝ｔａｎ^-1（ｓｉｎ／ｃｏｓ）を求めれば、磁気センサ装置１と磁気スケール９との相対位置θが分かる。かかる内挿によれば、磁気スケール９に形成した磁極ピッチ以上の分解能を得ることができる。

なお、本形態において、磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、２５（−ａ）、２５（＋ｂ）、２５（−ｂ）は、抵抗値の飽和感度領域以上の磁界強度で回転磁界を検出する。すなわち、隣接するトラック９１の境界部分９１２においては、各磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、２５（−ａ）、２５（＋ｂ）、２５（−ｂ）の抵抗値の飽和感度領域以上の磁界強度で面内方向の向きが周方向で漸次に変化する回転磁界が発生する。飽和感度領域とは、一般的に、抵抗値変化量ｋが、磁界強度Ｈと近似的に「ｋ∝Ｈ２」の式で表すことができる領域以外の領域をいう。また、飽和感度領域以上の磁界強度で回転磁界（磁気ベクトルの回転）の方向を検出する際の原理は、強磁性金属からなる磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、２５（−ａ）、２５（＋ｂ）、２５（−ｂ）に通電した状態で、抵抗値が飽和する磁界強度を印加したとき、磁界と電流方向がなす角度θと、磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、２５（−ａ）、２５（＋ｂ）、２５（−ｂ）の抵抗値Ｒとの間には、下式
＝Ｒ０−ｋ×ｓｉｎ２θ
Ｒ０：無磁界中での抵抗値
ｋ：抵抗値変化量（飽和感度領域以上のときは定数）
で示す関係があることを利用するものである。このような原理に基づいて回転磁界を検出すれば、角度θが変化すると抵抗値Ｒが正弦波に沿って変化するので、波形品質の高い正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓを得ることができる。

（磁気スケール９の詳細構成）
図３は、図１に示す磁気スケールの断面を模式的に示す説明図である。図１に示す磁気式エンコーダ１００は、オープンタイプのリニアエンコーダであり、かかるオープンタイプのリニアエンコーダでは、磁気センサ装置１と磁気スケール９とが独立して固定体および可動体に搭載される。このため、磁気センサ装置１と磁気スケール９とは、非接触状態で相対移動する。また、図２に示す磁気センサ素子２５と永久磁石層９７との間隔は０．１５ｍｍから０．３５ｍｍである。

図３に示すように、磁気スケール９は、ベース板９５と、ベース板９５の一方面９５０（図１に示す磁気センサ装置１が位置する側の面）に設けられた磁性塗膜９６とを備えており、磁性塗膜９６の少なくともベース板９５とは反対側の層が、ベース板９５の長手方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に設けられた永久磁石層９７（永久磁石）とされている。

磁性塗膜９６は、樹脂層内に磁性粉が分散している層からなり、磁性塗膜９６を着磁することによって永久磁石層９７が構成される。磁性塗膜９６において、樹脂層は、エポキシ樹脂層、ポリウレタン樹脂層、フェノール樹脂層、アクリル樹脂層、ビニル樹脂層、あるいはポリエステル樹脂層等である。本形態において、磁性塗膜９６の樹脂層は、エポキシ樹脂を主成分としており、硬化剤は、ポリアミドアミンからなる。従って、磁性塗膜９６の強度や弾性を高めることができ、ベース板９５の厚さが薄い場合には、磁気スケール９を湾曲させることができる。

磁性粉は、フェライト系磁性粉であり、フェライト系磁性粉は、樹脂層に６５質量％〜９０質量％配合されている。本形態において、磁性粉は、樹脂層に７０質量％〜８５質量％配合されている。フェライト系磁性粉としては、単一のフェライト系磁性粉が用いられ
る他、フェライト系磁性粉として、ストロンチウムフェライトとバリウムフェライトとの混合粉を用いることもある。かかる態様によれば、内挿によって位置等を求めた際、分解能の向上を図ることができる。また、磁性塗膜９６において、樹脂層がエポキシ樹脂層であるため、磁性塗膜９６とベース板９５との密着性が高い。なお、本形態、磁極のピッチが１．０ｍｍ以下であるという構成に対応させて、磁性粉としてフェライト系磁性粉を用いたが、磁極のピッチが１．０ｍｍを超える場合、磁性粉としてネオジウム系磁性粉、サマリウム系磁性粉、メタル系等の高磁力磁性粉を用いてもよい。

磁性塗膜９６における磁性粉の含有量は、多い程、下層側への密着力や硬度が低下する一方、着磁精度およびヒステリシス特性が向上する。従って、磁性塗膜９６における磁性粉の含有量を７０質量％〜８５質量％に設定すれば、密着力や硬度を高めることができるとともに、磁気スケール９の精度を高めることができる。

磁性塗膜９６の厚さ（永久磁石層９７の厚さ）は２００μｍ以上であり、磁性塗膜９６の表面（ベース板９５とは反対側の面）の平均粗さは１０μｍ以下である。永久磁石層９７のベース板９５とは反対側の面は、露出した状態にあり、保護シート等で覆われていない。このため、図１に示すように、磁気式エンコーダ１００を構成した際、永久磁石層９７と磁気センサ素子２５との間隔を狭めても、磁気スケール９と磁気センサ素子２５との間隔が広い。従って、永久磁石層９７と磁気センサ素子２５との接触が発生しにくい。

（バッファ層９０の構成）
本形態の磁気スケール９において、永久磁石層９７に対してベース板９５が位置する側には、非磁性材料または低磁性材料からなる厚さ３００μｍ以上のバッファ層９０が設けられており、バッファ層９０は、ベース板９５側から永久磁石層９７側への磁気的な影響を緩和する。本形態において、ベース板９５は、非磁性基板または低磁性基板であり、バッファ層９０の厚さ方向の少なくとも一部がベース板９５によって構成されている。より具体的には、ベース板９５は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、オーステナイト系ステンレス等の非磁性基板からなる。また、オーステナイト系ステンレスは、圧延の際、磁性を帯びることがあり、この場合、ベース板９５は、低磁性基板となる。

本形態においては、磁性塗膜９６の厚さ方向の全体が着磁されて永久磁石層９７になっている。ここで、ベース板９５は、厚さが３００μｍ以上の非磁性基板または低磁性基板である。従って、永久磁石層９７に対してベース板９５が位置する側では、ベース板９５によってバッファ層９０が構成されている。

それ故、磁性塗膜９６を着磁する際、あるいは磁気スケール９を各種装置に搭載した際、磁性塗膜９６に形成した永久磁石層９７に対するベース板９５側からの磁気的な影響をバッファ層９０によって抑制することができる。例えば、ベース板９５を支持部材によって他方面側から支持した状態で磁性塗膜９６に着磁する際、支持部材が磁性材料からなる場合でも、支持部材からの磁気的な影響をバッファ層９０によって抑制することができるので、磁性塗膜９６を適正に着磁することができる。また、磁気スケール９を用いた磁気式エンコーダ１００を各種装置で用いる際、磁気スケール９のベース板９５を磁性材料からなる被固定部材に固定した場合でも、磁気スケール９の永久磁石層９７と被固定部材との磁気的な相互作用の影響をバッファ層９０によって抑制することができ、磁気スケール９から磁気センサ素子２５に向かう漏れ磁束を十分に発生させることができる。よって、磁気スケール９を用いた磁気式エンコーダ１００の精度を向上することができる。

なお、バッファ層９０の厚さは、３００μｍ以上であれば、磁性塗膜９６に形成した永久磁石層９７に対するベース板９５側からの磁気的な影響をバッファ層９０によって抑制することができ、その点では厚さに上限はない。但し、バッファ層９０の厚さを３００μ
ｍよりさらに過大に厚くしても、得られる効果に大きな変化がない。従って、バッファ層９０の構成にもよるが、バッファ層９０をベース板９５によって構成した場合、ベース板９５のコストや磁気スケール９の薄型化への要求を鑑み、バッファ層９０（ベース板９５の厚さ）は５ｍｍ以下が好ましく、さらに薄型化を図るには２ｍｍ以下にすることが好ましい。

（磁気スケール９の製造方法）
本形態の磁気スケール９を製造するにあたっては、まず、磁性粉、樹脂および溶媒を含む塗液をスプレー等によってベース板９５の一方面９５０に１００μｍ程度塗布した後、空気の吹き付けおよび予備乾燥等によって溶媒を除去する。また、樹脂を仮硬化させる。そして、上記の工程を例え所定の回数繰り返し行って、磁性塗膜９６を所定の厚さに形成する。次に、樹脂を本硬化させた後、磁性塗膜９６の表面を研削する。例えば、磁性塗膜９６を４００μｍの厚さに形成した後、表面を研磨し、磁性塗膜９６の厚さを３００μｍに調整する。なお、研削に代えてテープラップ等によって研磨を行ってもよい。

次に、磁性塗膜９６に着磁ヘッドを接触させた状態で磁界を印加しながら着磁ヘッドを走行させ、磁性塗膜９６に着磁を行って永久磁石層９７を形成する。

（評価結果）
図４は、図１に示す磁気スケール９の内挿誤差を示すグラフであり、磁性塗膜９６の厚さを１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍとした場合における検出ギャップと内挿誤差との関係を示すグラフである。図５は、図１に示す磁気スケール９のヒステリシス誤差を示すグラフであり、磁性塗膜９６の厚さを１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍとした場合における検出ギャップとヒステリシス誤差との関係を示すグラフである。図６は、本発明を適用した磁気スケール９の着磁精度を示すグラフであり、磁性塗膜９６の厚さと着磁精度との関係を示すグラフである。図７は、図１に示す磁気スケール９の磁性塗膜９６の表面粗さと検出精度との関係を示すグラフであり、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、表面の十点平均粗さが１４〜１６μｍの場合（研磨なし）、表面の十点平均粗さが２μｍの場合（研磨あり）、表面の十点平均粗さが９．２μｍの場合（研磨あり）の特性を示してある。

なお、図４および図５では、磁性塗膜９６の厚さが１００μｍの場合の特性を実線Ｌ１００によって示し、磁性塗膜９６の厚さが２００μｍの場合の特性を実線Ｌ２００によって示し、磁性塗膜９６の厚さが３００μｍの場合の特性を実線Ｌ３００によって示し、磁性塗膜９６の厚さが４００μｍの場合の特性を実線Ｌ４００によって示してある。また、検出ギャップは、磁気スケール９（永久磁石層９７の磁気センサ装置１側の面９６０）と磁気センサ素子２５との間隔に相当する。また、図７では、往路における誤差を実線Ｌａで示し、復路における誤差を実線Ｌｂで示し、往路と復路との誤差を精度として記載してある。

図４に示すように、検出ギャップが０．１５ｍｍである場合、磁性塗膜９６の厚さが１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍのいずれの場合でも、内挿誤差が同等である。但し、検出ギャップが０．２５ｍｍ、０．３５ｍｍとなった場合、磁性塗膜９６の厚さが２００μｍ、３００μｍ、４００μｍに変化した場合でも内挿誤差が同等であるが、磁性塗膜９６の厚さが１００μｍの場合には、検出ギャップが０．２５ｍｍ、０．３５ｍｍまで拡大するに伴い、内挿誤差が増大する。

図５に示すように、磁性塗膜９６の厚さが１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍのいずれの場合でも、検出ギャップが拡大するに伴い、ヒステリシス誤差が増大する傾向にある。但し、磁性塗膜９６の厚さが２００μｍ、３００μｍ、４００μｍである
場合、検出ギャップの拡大に伴うヒステリシス誤差の増大が緩やかあるが、磁性塗膜９６の厚さが１００μｍである場合、検出ギャップの拡大に伴うヒステリシス誤差の増大が急激である。

図６に示すように、磁性塗膜９６の厚さが１００μｍから２００μｍに増大した際、着磁精度を示す値が急激に低下する。磁性塗膜９６の厚さが２００μｍから３００μｍあるいは４００μｍまで増大した場合の着磁精度を示す値の低下は緩やかである。

これらの結果等から、内挿誤差、ヒステリシス誤差、および着磁精度を考慮した場合、磁性塗膜９６の厚さ（永久磁石層９７の厚さ）は２００μｍ以上が好ましい。

また、図７（ａ）に示すように、表面の十点平均粗さが１４〜１６μｍの場合には精度が５．９μｍであるのに対して、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、表面の十点平均粗さが２μｍの場合、および表面の十点平均粗さが９．２μｍの場合には、精度が２．６μｍ、２．５μｍである。また、表面の十点平均粗さが２μｍの場合と９．２μｍの場合とでは精度に大きな差がない。このような結果等から、表面の十点平均粗さが１０μｍ以下の場合には、着磁ヘッドを安定した状態で磁性塗膜９６の表面に接触させることができるので、高い精度を得ることができる。

［実施形態１］
図８は、本発明の実施形態１に係る磁気スケールの断面を模式的に示す説明図である。なお、本形態および以下に説明する実施形態２、３、４および参考形態２、３の基本的な構成は参考形態１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それらの説明を省略する。

図８に示すように、本形態の磁気スケール９でも、参考形態１と同様、永久磁石層９７に対してベース板９５が位置する側には、非磁性材料または低磁性材料からなる厚さ３００μｍ以上のバッファ層９０が設けられている。本形態において、バッファ層９０は、ベース板９５と、磁性塗膜９６の無着磁層９８とを含んでいる。

より具体的には、ベース板９５は、非磁性基板または低磁性基板である。磁性塗膜９６は、ベース板９５側に無着磁層９８を残すように永久磁石層９７が２００μｍ以上の厚さに形成されており、無着磁層９８は低磁性層である。従って、永久磁石層９７に対してベース板９５が位置する側では、ベース板９５および無着磁層９８によってバッファ層９０が構成されている。このように構成した場合も、参考形態１と同様、磁性塗膜９６に形成した永久磁石層９７に対するベース板９５側からの磁気的な影響をバッファ層９０によって抑制することができる。

［参考形態２］
図９は、参考形態２に係る磁気スケールの断面を模式的に示す説明図である。図９に示すように、本形態の磁気スケール９でも、参考形態１と同様、永久磁石層９７に対してベース板９５が位置する側には、非磁性材料または低磁性材料からなる厚さ３００μｍ以上のバッファ層９０が設けられている。本形態において、バッファ層９０は、ベース板９５と、ベース板９５と磁性塗膜９６との間に形成された非磁性または低磁性の下地層９９とを含んでいる。

より具体的には、ベース板９５は、非磁性基板または低磁性基板である。磁性塗膜９６は、厚さ方向の全体が、２００μｍ以上の厚さの永久磁石層９７になっている。また、ベース板９５と磁性塗膜９６との間には、非磁性材料からなる下地層９９が形成されている。従って、永久磁石層９７に対してベース板９５が位置する側では、ベース板９５および下地層９９によってバッファ層９０が構成されている。このように構成した場合も、参考形態１と同様、磁性塗膜９６に形成した永久磁石層９７に対するベース板９５側からの磁気的な影響をバッファ層９０によって抑制することができる。

［実施形態２］
図１０は、本発明の実施形態２に係る磁気スケールの断面を模式的に示す説明図である。図１０に示すように、本形態の磁気スケール９でも、参考形態１と同様、永久磁石層９７に対してベース板９５が位置する側には、非磁性材料または低磁性材料からなる厚さ３００μｍ以上のバッファ層９０が設けられている。本形態において、バッファ層９０は、ベース板９５と、磁性塗膜９６の無着磁層９８と、ベース板９５と磁性塗膜９６との間に形成された非磁性または低磁性の下地層９９とを含んでいる。

より具体的には、ベース板９５は、非磁性基板または低磁性基板である。磁性塗膜９６は、ベース板９５側に無着磁層９８を残すように永久磁石層９７が２００μｍ以上の厚さに形成されており、無着磁層９８は低磁性層である。また、ベース板９５と磁性塗膜９６との間には、非磁性材料からなる下地層９９が形成されている。従って、永久磁石層９７に対してベース板９５が位置する側では、ベース板９５、下地層９９および無着磁層９８によってバッファ層９０が構成されている。このように構成した場合も、参考形態１と同様、磁性塗膜９６に形成した永久磁石層９７に対するベース板９５側からの磁気的な影響をバッファ層９０によって抑制することができる。

［実施形態３］
図１１は、本発明の実施形態３に係る磁気スケールの断面を模式的に示す説明図である。図１１に示すように、本形態の磁気スケール９でも、参考形態１と同様、永久磁石層９７に対してベース板９５が位置する側には、非磁性材料または低磁性材料からなる厚さ３００μｍ以上のバッファ層９０が設けられている。本形態において、ベース板９５は磁性板からなる。従って、バッファ層９０は、ベース板９５と磁性塗膜９６との間に形成されている。本形態において、バッファ層９０は、磁性塗膜９６の無着磁層９８を含んでいる。

より具体的には、ベース板９５は、磁性基板である。磁性塗膜９６は、ベース板９５側に無着磁層９８を残すように永久磁石層９７が２００μｍ以上の厚さに形成されており、永久磁石層９７とベース板９５との間に無着磁層９８（低磁性層）を有している。従って、永久磁石層９７に対してベース板９５が位置する側では、無着磁層９８によってバッファ層９０が構成されている。このように構成した場合も、参考形態１と同様、磁性塗膜９６に形成した永久磁石層９７に対するベース板９５側からの磁気的な影響をバッファ層９０によって抑制することができる。

［参考形態３］
図１２は、参考形態３に係る磁気スケールの断面を模式的に示す説明図である。図１２に示すように、本形態の磁気スケール９でも、参考形態１と同様、永久磁石層９７に対してベース板９５が位置する側には、非磁性材料または低磁性材料からなる厚さ３００μｍ以上のバッファ層９０が設けられている。本形態において、ベース板９５は磁性板からなる。従って、バッファ層９０は、ベース板９５と磁性塗膜９６との間に形成されている。
本形態において、バッファ層９０は、下地層９９を含んでいる。

より具体的には、ベース板９５は、磁性基板である。磁性塗膜９６は、厚さ方向の全体が、２００μｍ以上の厚さの永久磁石層９７になっている。また、ベース板９５と磁性塗膜９６との間には、非磁性材料からなる下地層９９が形成されている。従って、永久磁石層９７に対してベース板９５が位置する側では、下地層９９によってバッファ層９０が構成されている。このように構成した場合も、参考形態１と同様、磁性塗膜９６に形成した永久磁石層９７に対するベース板９５側からの磁気的な影響をバッファ層９０によって抑制することができる。

［実施形態４］
図１３は、本発明の実施形態４に係る磁気スケールの断面を模式的に示す説明図である。図１３に示すように、本形態の磁気スケール９でも、参考形態１と同様、永久磁石層９７に対してベース板９５が位置する側には、非磁性材料または低磁性材料からなる厚さ３００μｍ以上のバッファ層９０が設けられている。本形態において、ベース板９５は磁性板からなる。従って、バッファ層９０は、ベース板９５と磁性塗膜９６との間に形成されている。本形態において、バッファ層９０は、磁性塗膜９６の無着磁層９８と、ベース板９５と磁性塗膜９６との間に形成された非磁性または低磁性の下地層９９とを含んでいる。

より具体的には、ベース板９５は、磁性基板である。磁性塗膜９６は、ベース板９５側に無着磁層９８を残すように永久磁石層９７が２００μｍ以上の厚さに形成されており、無着磁層９８は低磁性層である。また、ベース板９５と磁性塗膜９６との間には、非磁性材料からなる下地層９９が形成されている。従って、永久磁石層９７に対してベース板９５が位置する側では、下地層９９および無着磁層９８によってバッファ層９０が構成されている。このように構成した場合も、参考形態１と同様、磁性塗膜９６に形成した永久磁石層９７に対するベース板９５側からの磁気的な影響をバッファ層９０によって抑制することができる。

（他の実施の形態）
実施形態１、２および参考形態１、２では、ベース板９５が金属板であったが、可撓性の樹脂基板であってもよい。例えば、ベース板９５が、ガラス繊維の織布等の多孔性芯材に樹脂が含浸された可撓性の樹脂基板であってもよい。かかる構成によれば、ベース板９５を湾曲させることができるため、磁気スケール９が長い場合、長い磁気スケール９を丸めて運ぶことができる等、取扱いが容易である。また、ベース板９５は、シート状の多孔性芯材に樹脂が含浸された可撓性の樹脂基板であるため、機械的強度や靱性が大である。また、磁性塗膜９６は、樹脂層内に磁性粉が分散している磁性塗膜であるため、磁性塗膜９６も可撓性を有する。このため、磁気スケール９を丸めた際、磁性塗膜９６に剥離や割れ等の事態が発生しにくい。

上記形態では、磁気センサ装置１において飽和感度領域以上の磁界強度で回転磁界の方向を検出する磁気式エンコーダ１００に本発明を適用したが、一定方向の磁界の強弱により位置検出するタイプの磁気式エンコーダ１００や、飽和感度領域以外の領域の磁界強度で回転磁界の方向を検出するタイプの磁気式エンコーダ１００に本発明を適用してもよい。また、上記形態では、磁気式リニアエンコーダに本発明を適用したが、磁気式ロータリエンコーダに本発明を適用してもよい。

上記実施の形態の磁気スケール９において、トラック９１の数が３つであったが、トラック９１の数が１つ、２つ、あるいは４つ以上である場合に本発明を適用してもよい。

１…磁気センサ装置、６…ホルダ、７…ケーブル、９…磁気スケール、１０…剛性基板、２５…磁気センサ素子、９０…バッファ層、９５…ベース板、９６…磁性塗膜、９７…永久磁石層、９８…無着磁層、９９…下地層、１００…磁気式エンコーダ

Claims (10)

1. ベース板と、
   前記ベース板の一方面側に形成され、磁性粉が樹脂層に分散した磁性塗膜と、
   を有し、
   前記磁性塗膜の少なくとも前記ベース板とは反対側の層が、前記ベース板の長手方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に設けられた永久磁石層とされ、
   前記永久磁石層に対して前記ベース板が位置する側には、前記ベース板側から前記永久磁石層側への磁気的な影響を緩和する厚さ３００μｍ以上のバッファ層が設けられており、
   前記ベース板は、非磁性基板または低磁性基板であり、
   前記磁性塗膜は、前記ベース板側に無着磁層を残すように前記永久磁石層が形成されており、
   前記バッファ層は、前記無着磁層および前記ベース板を含むことを特徴とする磁気スケール。
2. ベース板と、
   前記ベース板の一方面側に形成され、磁性粉が樹脂層に分散した磁性塗膜と、
   を有し、
   前記磁性塗膜の少なくとも前記ベース板とは反対側の層が、前記ベース板の長手方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に設けられた永久磁石層とされ、
   前記永久磁石層に対して前記ベース板が位置する側には、前記ベース板側から前記永久磁石層側への磁気的な影響を緩和する厚さ３００μｍ以上のバッファ層が設けられており、
   前記ベース板は、磁性基板であり、
   前記磁性塗膜は、前記ベース板側に無着磁層を残すように前記永久磁石層が形成されており、
   前記バッファ層は、前記無着磁層を含むことを特徴とする磁気スケール。
3. 前記ベース板と前記磁性塗膜との間に非磁性または低磁性の下地層が設けられ、
   前記バッファ層は、前記下地層を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気スケール。
4. 前記磁性塗膜は、厚さが２００μｍ以上であることを特徴とする請求項１から３までの何れか一項に記載の磁気スケール。
5. 前記磁性粉は、前記樹脂層中に６５質量％から９０質量％含まれていることを特徴とする請求項１から４までの何れか一項に記載の磁気スケール。
6. 前記磁性粉は、フェライト系であることを特徴とする請求項１から５までの何れか一項に記載の磁気スケール。
7. 前記樹脂層は、エポキシ樹脂を主成分とすることを特徴とする請求項１から６までの何れか一項に記載の磁気スケール。
8. 前記樹脂層の硬化剤がポリアミドアミンであることを特徴とする請求項７に記載の磁気スケール。
9. 請求項１から８までの何れか一項に記載の磁気スケールを備えた磁気式エンコーダであって、
   前記磁気スケールからの磁界を検出する磁気センサ素子を有することを特徴とする磁気式エンコーダ。
10. 前記磁気センサ素子は、磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項９に記載の磁気式エンコーダ。

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