JPH03179215A - 磁気エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、所定の間隔で細かく磁化されている磁性部材
と磁気検出器を用いて変位を検出する方式の磁気エンコ
ーダに係り、特にロータリーエンコーダに好適な磁気エ
ンコーダに関する。

〔従来の技術〕

エンコーダとしては、その位置変化検出方式に応じて種
々の形式のものが知られているが、その一種に磁気エン
コーダがある。

しかして、近年は、この磁気エンコーダのなかでも、特
開昭５６−１４２９０４号公報にみられるような、磁気
検出器として薄膜強磁性体磁気抵抗効果素子（以下、Ｍ
Ｒ素子という）を使用した磁気エンコーダが注目されて
おり、広（実用化されている。

ところで、この磁気エンコーダでは、その検出出力が正
弦波信号として得られるのが一般的であり、このため、
出力信号をパルス信号で発生する、いわゆるパルス出力
型が必要な場合には、ＭＲ素子からの正弦波出力信号を
パルスに整形するための、電圧比較器を含む波形整形回
路を内蔵されているのが一般的である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ＭＲ素子特有のバルクハウゼン効果に
よるノイズについて配慮がされておらず、このノイズに
よる検出精度低下の問題があった。

すなわち、ＭＲ素子は、薄膜強磁性体磁気抵抗効果素子
という名称が示すように、強磁性薄膜を検出素子として
用いており、この結果、周知のバルクハウゼン効果を呈
することになり、磁区の存在にともなう磁束の不連続変
化のため、磁気媒体の１２号磁界が正弦波状に連続的な
変化を示したとしても、ＭＲ素子の抵抗は不連続に変化
し、この結果、第１０図に示すように、正弦波状の磁界
変化に対して出力信号が不連続に発生し、位置検出に誤
差を生じ、精度が低下してしまうのである。

本発明の目的は、ＭＲ素子によるバルクハウゼン効果を
補償し、高精度の位置検出が容易に得られるようにした
磁気エンコーダを提供することに“ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ＭＲ素子の近傍の、エンコーダの固定部材
に光磁体を設け、このツロ磁体から、ＭＲ素子の磁束の
検出面を含み、該磁束の通過方向とほぼ直角な方向のバ
イアス磁界を発生させるようにして達成される。

〔作用〕

発磁体によるバイアス磁界は、ＭＲ素子の強磁性薄膜内
に存在する磁区を、検出すべき磁束の通過方向とほぼ直
角な方向に、強制的に整列させてしまう。

この結果、強磁性薄膜内の磁区には所定の方向に、所定
の大きさの拘束力が働くことになり、検出磁界による急
激で不連続な磁区の磁化方向の変化は抑えられ、バルク
ハウゼン・ノイズを含まない連続的な信号出力が得られ
るので、高精度の位置検出が可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明による磁気エンコーダについて、図示の実
施例により詳細に説明する。

第１図乃至第３図は本発明をロータリーエンコーダとし
て実施した場合の一実施例で、第１図は回転軸側からみ
た正面図、第２図は側断面図、第３図は裏面から見た内
部構成図であり、これらの図において、ｌはエンドブラ
ケットで、これにベアリング２により回転軸３が回転自
在に取付けられている。ベアリング２は取付ねじ４と押
え板５番こよりエンドブラケット１に取付けてあり、他
方、回転軸３にねじ込まれているナツト６により、この
回転軸３に取付けられている。

７は円筒部を備えた回転部材で、回転軸３に嵌合して取
付けられ、エンドブラケット１に対して回転自在に保持
されている。従って、このエンドブラケット１はエンコ
ーダの固定部材を構成することになる。

回転部材７の円筒部の円周面７ａには磁気コーティング
により磁性層が形成されており、この磁性層は、円周面
７ａの円周方向に沿って所定のピッチで、交互にＮ極と
Ｓ極に正確に着磁されている。

８は検出素子取付部材で、回転部材７の円周面７ａに所
定の空隙を保つようにして、取付ねじ９によりエンドブ
ラケット１に取付けられ、その回転部材７の円周面７ａ
に対向する部分に、ＭＲ素子１０（後述）が形成されて
いる蒸着基板１１が取付けである。そして、この蒸着基
板１１にはフレキシブル回路基板１２を介して端子板１
３が取付けてあり、ＭＲ素子１ｏに対する回路接続がさ
れている。

１４は増幅回路基板で、取付ねじ１５によりエンドブラ
ケットｌに取付けられ、これに端子板１３が取付けられ
ている。そして、この増幅回路基板１４も含めてエンコ
ーダ全体は、エンドブラケット１の後方に、○リングか
らなるバッキング１６を介して取付けられたケース１７
により封止されて組立られている。

なお、１８は回転部材７に取付けられたシールド板、１
９は固定シールド板である。

ところで、この実施例では、検出素子取付部材８の外側
に所定の磁化状態を有する永久磁石からなる発磁体２０
が取付けてあり、この発磁体２０により形成される所定
の磁界（バイアス磁界という）により、所定の状態の磁
束が蒸着基板１１に形成されているＭＲ素子１０に与え
られるように構成されている点を大きな特徴とするもの
であるが、この点については後に詳述する。

次に、第４図はＭＲ素子１ｏを含む蒸着基板１１とフレ
キシブル回路基板１２、それに端子板１３の詳細を示し
たもので、同図（ａ）は正面図、そして（ｂ）は側面図
である。

周知のように、ＭＲ素子１０は、蒸着基板１１に蒸着な
どにより形成した複数本のストライブからなる強磁性体
薄膜からなり、これらのストライブは第４図（ａ）に示
すようにして、蒸着基板１１の面に形成しである。

また、第５図は、ＭＲ素子ｌＯを含む蒸着基板１１と検
出素子取付部材８の取付状態、それに、この検出素子取
付部材８に取付けられている発磁体２０の詳細を示した
もので、同図（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、そして
（ｅ）は裏面図である。

この第５図の特に（ｃ）図から明らかなように、発磁体
２０を構成する永久磁石の極性方向は、それが取付けら
れている検出素子取付部材８の反対の面にあるＭＲ素子
１０のストライブの方向に一致するように取付けられて
いる。

この結果、この発磁体２０がら発生される磁束は、第６
図に示すように、ＭＲ素子１０を構成する強磁性体薄膜
ストライプの長手方向Ａ、つまり、このＭＲ素子１０の
信号磁界Ｈ，による磁束の検出面を含み、該磁束の通過
方向とほぼ直角な方向を通るバイアス磁界Ｈ３による磁
束となる。なお、ここで、信号磁界Ｈ８とは、回転部材
７の円周面７ａにある着磁された磁性層による磁界をい
う。

次に、この実施例の動作について説明する。

第２図及び第３図から明らかなように、ＭＲ素子１０は
回転部材７の円周面７ａに狭い空隙を保って近接配置さ
れており、このため上記した信号磁界Ｈ８にさらされて
いて、それによる磁束が第６図に示すように通っている
。

そこで、回転軸３により回転部材７が回動されると、上
記した信号磁界Ｈ８による磁束が変化し、それがＭＲ素
子］０により電気抵抗の変化として検出される。

そこで、このＭＲ素子１０の抵抗変化を増幅回路基板１
４に搭載しである増幅回路で処理してやれば、回転軸３
の回動位置に応じて第８図に示すように、正弦波状に変
化する出力信号を得ることが出来、磁気エンコーダとし
ての機能が得られることになる。

第９図に、増幅回路基板１４に搭載される増幅回路の一
実施例を示す。

この第９図において、ここでは２本しか示していないが
、１０ａ、１０ｂがＭＲ素子１０の強磁性体薄膜ストラ
イプで、これらの抵抗変化を、オペアンプ２０と、入力
抵抗Ｒ１、接地抵抗Ｒ２、それに帰還抵抗Ｒ３からなる
増幅回路で増幅し、端子２１に正弦波出力を得る。そし
て、この正弦波出力を波形整形回路２２で処理すること
により出力端子２３にパルス状のエンコーダ出力を得る
ようになっている。

ところで、このとき、上記した発磁体２０が無かったと
すると、既に説明したように、ＭＲ素子１０の強磁性体
薄膜ストライブ１０ａ、１０ｂに与えられている信号磁
界Ｈ，が、正弦波状に連続して滑らかに変化したとして
も、強磁性体薄膜ストライプ１０ａ、１０ｂ内での磁化
状態は、磁性体内での磁区の存在によるバルクハウゼン
効果として知られているように、第１０図に示すように
、不連続に変化し、この結果、端子２１に現われる正弦
波出力も第１０図に示すように、不連続なものになって
しまい、デコード位置検出精度の低下をもたらしてしま
うことになってしまう。

しかして、この実施例では、上記したように、発磁体２
０が設けられており、これにより、第６図に示すように
、バイアス磁界Ｈ８がＭＲ素子１０に印加されるように
構成しである。

そこで、ＭＲ素子１０の強磁性体薄膜ストライプ１０ａ
、１０ｂには、このバイアス磁界Ｈａによる所定の量の
磁束が通り、これにより、これら強磁性体薄膜ストライ
プｌｏａ、ｌｏｂ内に存在する磁区にバイアス磁界Ｈａ
による磁化が現われ、それらに一定の方向で所定の大き
さの拘束力が働くようになる。そして、この結果、上記
した信号磁界Ｈ，の連続的な変化にも関わらず、バルク
ハウゼン効果により発生してしまう、急激で不連続な磁
区の磁化方向の変化、すなわち、急激で不連続な抵抗変
化は抑えられ、端子２１には第８図に示すような、滑ら
かに連続的に変化する正弦波信号が得られることになり
、従って、この実施例によれば、高精度のデコーダ信号
を容易に得ることができることになるのである。

なお、この実施例では、発磁体２ｏにより、第６図に示
すように、バイアス磁界ＨＢがＭＲ素子１０の長手方向
Ａに沿って印加されるようになっているため、第７図に
示すように、信号磁界ＨＳと、この信号磁界Ｈ９に対し
て直角方向をなすバイアス磁界Ｈａ　との合成成分（Ｈ
ｓ＋ＨＢ）が現われ、この結果、本来の信号磁界Ｈ８が
、信号磁界Ｈ。

で示すように、減少させられてしまうため、感度低下の
虞れの可能性がある。

しかしながら、その程度は僅かであり、実用」二はほと
んど問題にならない。しかして、それが問題になったと
しても、そのときには、回転部材７の円周面７ａとＭＲ
素子１０との間の空隙を若干狭めたり、円周面７ａに設
けである磁性層の磁気特性の向上により、着磁による残
留磁束の増加を図るようにすることで、容易に対処可能
である。

そして、この実施例によれば、発磁体２０が、ＭＲ素子
１０と一緒に検出素子取付部材８に取付けであるため、
たとえ回転部材７に偏心などがあって、上記した回転部
材７の円周面７ａとＭＲ素子１０との間の空隙が変化し
たとしても、上記したバイアス磁界Ｈ８の変化の虞れは
全くなく、高精度のもとで安定したエンコード動作を容
易に得ることができる。

ところで、この実施例では、バイアス磁界Ｈ３を付与す
るための発磁体２０を永久磁石で構成しているが、この
永久磁石に代えて電磁石により本発明を実施するように
してもよい。

また、上記実施例では、回転部材７の円周面７ａでの着
磁状態が多極のマグネット構成からなるものについての
ものであるが、本発明は、基準位置検出用の１対極マグ
ネツト構成の磁気エンコーダとして実施してもよく、上
記実施例と同様な効果を期待することができる。

さらに、上記実施例では、回転部材として、円筒部を備
え、その円周面に着磁したものを用いた、いわゆるドラ
ム型磁気エンコーダについて示したが、本発明は、円板
状の回転部材を用い、その−方の面の円周端部に円周方
向に沿って交互に着磁した部材による、いわゆるディス
ク型磁気エンコーダとして実施してもよいことは言うま
でもない。

勿論、本発明は、ロータリーエンコーダに限らず、リニ
アエンコーダに適用してもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、バイアス磁界発生用の永久磁石などか
らなる発磁体を、薄膜強磁性体磁気抵抗効果素子からな
る検出素子の近傍に取付けるという簡単な構成で、検出
素子によるバルクハウセン効果による検出誤差を充分に
抑えることができるから、小型で高精度の磁気エンコー
ダをローコストで容易に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による磁気エンコーダの一実施例を示す
正面図、第２図は同じく本発明の一実施例の側断面図、
第３図は同じく本発明の一実施例の内部構成図、第４図
は検出素子の詳細を示す説明図、第５図は同じく検出素
子と着磁体の詳細を示す説明図、第６図はバイアス磁界
の説明図、第７図はバイアス磁界の信号磁界に対する影
響を示す説明図、第８図は信号波形の説明図、第９図は
増幅回路の一実施例を示す回路図、第１０図はバルクハ
ウゼン効果を説明する波形図である。 １・・・・・・エンドブラケット、２・・・・・ベアリ
ング、３・・・・・・回転軸、４・・・・・・取付ねじ
、５・・・・・・押え板、６・・・・・・ナツト、７・
・・・・・回転部材、８・・・・・検出素子取付部材、
９・・・・・・取付ねじ、１０・・・・・・ＭＲ素子（
薄膜強磁性体磁気抵抗効果素子）、１１・・・・・・蒸
着基板、１２・・・・・・フレキシブル回路基板、１３
・・・・・端子板、１４・・・・・・増幅回路基板、１
５・・・・・取付ねじ、１６・・・・・・バッキング、
１７・・・・・ケース、１８．１９・・・・・・シール
ド板。 第 １ 図 −Ａ −Ｂ 包マ Ａマ 図 第 図 （ａ） 第 図 （ｂ） 第 図 （Ｃ１） （ｂ） （Ｃ） 弔 ６ 図 ０ 第 図 第 図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、固定部材と移動部材の相対位置変化に伴う磁束の変
   化を上記固定部材に取付けられた薄膜強磁性体磁気抵抗
   効果素子により検出して上記相対位置変化を検出する方
   式の磁気エンコーダにおいて、上記薄膜強磁性体磁気抵
   抗効果素子の上記磁束の検出面を含み、該磁束の通過方
   向とほぼ直角な方向のバイアス磁界を発生させるための
   発磁体を上記固定部材の上記薄膜強磁性体磁気抵抗効果
   素子の近傍に設けたことを特徴とする磁気エンコーダ。