JPH04351914A - Linear magnetic encoder - Google Patents

Linear magnetic encoder

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JPH04351914A
JPH04351914A JP12723391A JP12723391A JPH04351914A JP H04351914 A JPH04351914 A JP H04351914A JP 12723391 A JP12723391 A JP 12723391A JP 12723391 A JP12723391 A JP 12723391A JP H04351914 A JPH04351914 A JP H04351914A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
linear
magnetic
thin film
scale
encoder
Prior art date
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Pending
Application number
JP12723391A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Ichikawa
義明 市川
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enhance the reliability and life of a linear magnetic encoder by using a thin film containing barium ferrite magnetic powder in a magnetic field generating medium within a linear scale. CONSTITUTION:A linear scale 6 is provided with a thin film 3 formed on a scale substrate 2 made of metals or plastics in such a way that barrium ferrite magnetic powders are dispersed in an epoxy resin. By applying external magnetic field in the thin film 3, magnetization is performed so that magnetic poles, having predetermined pitches in the longitudinal direction, are formed. Then a stable magnetization pattern can be realized by selecting the coersive force of the magnetic thin film 3 in the range from 400Oe to 4000Oe. Since the surface of the magnetized thin film 3 generates stray magnetic field, a needle position detecting signal is obtained by detecting it with a magnetic sensor 1 mounted opposite to the thin film 3. Since the magnetic sensor 1 is not influenced by the effects of oil, moisture, and dust, its reliability can be enhanced and its life can be lengthened.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、直線運動をするリニア
モータの可動子位置決めに用いられるリニア磁気エンコ
ーダに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear magnetic encoder used for positioning a movable element of a linear motor that moves linearly.

【0002】0002

【従来の技術】ガイドレールに沿って直線運動をする可
動子上にコイルを設け、一方レールに沿って永久磁石を
配置することにより、両者間の磁気的相互作用を利用し
てリニアモータが構成される。この時可動子の位置決め
や、固定子となる磁石の位置検出に光式のエンコーダが
用いられていた(U.S.Patent  41514
47)。
[Prior Art] A linear motor is constructed by providing a coil on a movable element that moves linearly along a guide rail, and placing a permanent magnet along the rail, making use of the magnetic interaction between the two. be done. At this time, an optical encoder was used to position the mover and detect the position of the magnet that became the stator (U.S. Patent 41514
47).

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】上記の光式のエンコー
ダは、粉塵の多い環境や、油蒸気、水分の多い環境で使
用すると、エンコーダの発光部がこれらで覆われたり、
また光を透過または反射するリニアスケール表面が曇る
ため、エンコーダからの位置検出信号が出力されない欠
点があった。本発明の目的は、この様な粉塵、油分、水
分の多い環境においても安定した位置検出信号出力を得
るリニアエンコーダを提供することにある。
[Problems to be Solved by the Invention] When the optical encoder described above is used in an environment with a lot of dust, oil vapor, or moisture, the light emitting part of the encoder may be covered with the dust, oil vapor, or moisture.
Furthermore, since the surface of the linear scale that transmits or reflects light becomes cloudy, there is a drawback that the position detection signal from the encoder is not output. An object of the present invention is to provide a linear encoder that can output stable position detection signals even in such an environment with a lot of dust, oil, and moisture.

【0004】0004

【課題を解決するための手段】本発明は、リニアエンコ
ーダを構成する部品であるリニアスケールをスケール基
体と磁性膜により形成し、検出ヘッドをホール素子や磁
気抵抗素子からなる磁気センサで形成したことを特徴と
するリニア磁気エンコーダである。リニアスケールは金
属またはプラスチック製のスケール基体上に、バリウム
フェライト磁粉をエポキシ系樹脂内に分散させて形成さ
れた薄膜を形成することにより構成される。この薄膜に
外部から磁界を加えることにより、着磁を行い長手方向
に所定のピッチを有する磁極を形成する。この時、この
磁性薄膜の保磁力を400Oeから4000Oeの間に
定めることにより安定した着磁パターンができる。着磁
された薄膜の表面からは、浮遊磁界が発生し、これを薄
膜に対向させて設置した磁気センサで検出することによ
り、可動子位置検出信号を得る。この時検出ヘッドであ
る磁気センサは可動子か固定子の一方に固定され、薄膜
を備えたリニアスケールは他方に固定される。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, a linear scale, which is a component of a linear encoder, is formed of a scale base and a magnetic film, and a detection head is formed of a magnetic sensor consisting of a Hall element or a magnetoresistive element. This is a linear magnetic encoder featuring: A linear scale is constructed by forming a thin film of barium ferrite magnetic powder dispersed in an epoxy resin on a scale base made of metal or plastic. By applying a magnetic field to this thin film from the outside, it is magnetized and magnetic poles having a predetermined pitch in the longitudinal direction are formed. At this time, by setting the coercive force of this magnetic thin film between 400 Oe and 4000 Oe, a stable magnetization pattern can be obtained. A stray magnetic field is generated from the surface of the magnetized thin film, and is detected by a magnetic sensor placed opposite the thin film to obtain a movable element position detection signal. At this time, the magnetic sensor serving as the detection head is fixed to one of the movable element or the stator, and the linear scale provided with a thin film is fixed to the other.

【0005】[0005]

【実施例】図1に本発明の一実施例を示す。リニア磁気
エンコーダは、リニアスケール6と検出ヘッド20から
構成されている。検出ヘッド20はホール素子や磁気抵
抗素子などの磁気センサ1と必要な信号取り出し用端子
7からなり、必要に応じて7の部分にデジタル信号を得
るための信号処理回路を設ける場合もある。リニアスケ
ール6は金属やプラスチックまたはセラミックスからな
るスケール基体2の上に、エポキシ系樹脂とバリウムフ
ェライトを混合した後、これを用いて膜厚を1μmから
500μmの範囲で形成した薄膜3を堆積することによ
り構成される。この薄膜にはリニア磁気エンコーダとし
て必要な出力信号の種類に応じて着磁が行われ、着磁ト
ラック4,5が形成される。トラック4はインクリメン
タルトラックでN極とS極が交互に5μmから5mmの
間の所定のピッチで着磁されている。トラック5はイン
デックストラックで、原点や信号検出開始点とする目的
で、ひとつのトラックに1個または複数個のN−S極対
が、あらかじめ指定された位置に設けられている。なお
必要に応じて、これらと平行に、第3のトラックである
アブソリュートトラックを設けることもある。インクリ
メンタルまたはインデックスの着磁ピッチは、リニア磁
気エンコーダの出力信号の位置決め分解能に対応して決
められる。バリウムフェライト磁性粉を含む薄膜3の保
磁力は400Oeから4000Oeの範囲内の或る所定
の値に制限される。これは、薄膜の保磁力が400Oe
以下の場合には、着磁後のトラックでは外部からのノイ
ズ磁界により記録された着磁は容易に破壊されてしまい
、一方4000Oeを越える保磁力の場合には所定のピ
ッチで着磁することが不可能なためである。この関係を
図4に示す。 図2は図1を側方から示している。リニアスケール6は
磁気センサ1とは接触せず、常に一定の距離を保ちなが
ら検出ヘッドとは相対的に移動する様に設置される。こ
の方式によりヘッドとスケール間には機械的摩耗部分が
無いため長寿命となる。また、リニア磁気エンコーダで
は、磁界は油分、水分の多い雰囲気からの影響を受ける
ことないために信頼性の高い安定した信号出力が得られ
る。図2では、バリウムフェライトの配向については詳
細に示してはいない。しかし、バリウムフェライト磁性
粉は六角板状で、その面に垂直な方向が磁化容易軸であ
るため、この磁化容易軸をスケール基体の薄膜のある面
に垂直な方向と一致させることにより、磁界をスケール
表面からより遠くにまで飛ばせることができるため、こ
の様な配向が無い場合の薄膜に比べて空隙21を増大さ
せることができる。図2ではリニアスケール6と磁気セ
ンサ1の信号取り出し用半田端子部8の接触を避けるた
めに、スケールの幅がセンサ素子1の長さよりも短くな
っているが、この逃げのためにはスケールのうち半田端
子部8と対向する部分に段差を設けることも可能である
。 図3は磁気センサ1の背後にアナログ出力をデジタル信
号へ変換するための信号処理回路を設けた実施例である
。信号処理回路収納部9の内部に回路基板10を設け、
デジタル信号に変換した後の最終出力を接続用コネクタ
12を介して外部へ取り出す構造となっている。図5は
リニアモータにリニア磁気エンコーダを取り付けた場合
の一実施例である。リニアガイド17上にある可動子1
3には可動コイル14が設けられており、一体となって
往復走行する。この時可動子13の側面に磁気センサ1
が取り付けられており、これに対向してリニアスケール
6がバリフェライトを含む薄膜と共に設けられている。 この例では信号処理回路10は磁気センサの背後にはな
く、可動子の上面部に設けられており、両者はケーブル
7により接続されている。図6は本発明の他の実施例で
あり、リニアモータの固定用ヨーク15の側面にバリウ
ムフェライトを含む薄膜を形成することにより、リニア
モータ本体の一部をリニアスケール基体と兼用にした場
合である。この場合、磁気センサ1と信号処理回路10
は可動子13上に設けられている。図6ではリニアスケ
ール用の基体をモータ外部に設ける必要がないため、リ
ニアモータ全体を一層小型にすることができる。
Embodiment FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The linear magnetic encoder is composed of a linear scale 6 and a detection head 20. The detection head 20 consists of a magnetic sensor 1 such as a Hall element or a magnetoresistive element and a necessary signal extraction terminal 7, and if necessary, a signal processing circuit for obtaining a digital signal may be provided in the section 7. The linear scale 6 consists of depositing a thin film 3 with a thickness in the range of 1 μm to 500 μm using a mixture of epoxy resin and barium ferrite on a scale base 2 made of metal, plastic, or ceramics. Consisted of. This thin film is magnetized according to the type of output signal necessary for the linear magnetic encoder, and magnetized tracks 4 and 5 are formed. Track 4 is an incremental track in which north poles and south poles are alternately magnetized at a predetermined pitch between 5 μm and 5 mm. Track 5 is an index track, and one or more N-S pole pairs are provided in each track at prespecified positions for the purpose of serving as an origin or a signal detection starting point. Note that, if necessary, an absolute track, which is a third track, may be provided in parallel with these tracks. The incremental or index magnetization pitch is determined in accordance with the positioning resolution of the output signal of the linear magnetic encoder. The coercive force of the thin film 3 containing barium ferrite magnetic powder is limited to a certain predetermined value within the range of 400 Oe to 4000 Oe. This means that the coercive force of the thin film is 400 Oe.
In the following cases, the recorded magnetization on the track after magnetization will be easily destroyed by the noise magnetic field from the outside, while on the other hand, in the case of a coercive force exceeding 4000 Oe, it will not be possible to magnetize at a predetermined pitch. This is because it is impossible. This relationship is shown in FIG. FIG. 2 shows FIG. 1 from the side. The linear scale 6 does not come into contact with the magnetic sensor 1 and is installed so as to move relative to the detection head while always maintaining a constant distance. With this method, there is no mechanically worn part between the head and the scale, resulting in a long life. Furthermore, in a linear magnetic encoder, a highly reliable and stable signal output can be obtained because the magnetic field is not affected by an atmosphere containing a lot of oil or moisture. In FIG. 2, the orientation of barium ferrite is not shown in detail. However, barium ferrite magnetic powder has a hexagonal plate shape, and the axis of easy magnetization is perpendicular to its surface. Therefore, by aligning this axis of easy magnetization with the direction perpendicular to the surface of the thin film of the scale substrate, the magnetic field can be reduced. Since it can be emitted farther from the scale surface, the voids 21 can be increased compared to a thin film without such orientation. In FIG. 2, the width of the scale is shorter than the length of the sensor element 1 in order to avoid contact between the linear scale 6 and the solder terminal part 8 for signal extraction of the magnetic sensor 1. It is also possible to provide a step in the portion facing the solder terminal portion 8. FIG. 3 shows an embodiment in which a signal processing circuit for converting an analog output into a digital signal is provided behind the magnetic sensor 1. A circuit board 10 is provided inside the signal processing circuit storage section 9,
The structure is such that the final output after being converted into a digital signal is taken out to the outside via the connection connector 12. FIG. 5 shows an example in which a linear magnetic encoder is attached to a linear motor. Mover 1 on linear guide 17
3 is provided with a moving coil 14, and moves back and forth as a unit. At this time, the magnetic sensor 1 is attached to the side of the mover 13.
is attached, and a linear scale 6 is provided opposite to this together with a thin film containing variferrite. In this example, the signal processing circuit 10 is not provided behind the magnetic sensor, but is provided on the upper surface of the mover, and both are connected by a cable 7. FIG. 6 shows another embodiment of the present invention, in which a part of the linear motor body is also used as a linear scale base by forming a thin film containing barium ferrite on the side surface of the fixing yoke 15 of the linear motor. be. In this case, the magnetic sensor 1 and the signal processing circuit 10
is provided on the movable element 13. In FIG. 6, since there is no need to provide a base for the linear scale outside the motor, the entire linear motor can be further downsized.

【0006】[0006]

【発明の効果】本発明によれば、従来不十分であったリ
ニアエンコーダの信頼性が、磁気センサが油分、水分、
粉塵の影響を受けないために大幅に向上し、リニアエン
コーダの長寿命化が達成される。またリニア磁気エンコ
ーダを用いる場合、リニアスケールとリニアモータの可
動子または可動子の部分とを兼用する構造とすることが
できるためリニア磁気エンコーダおよびリニアモータの
大幅な小型化を達成できる。
Effects of the Invention According to the present invention, the reliability of the linear encoder, which was insufficient in the past, can be improved by improving the reliability of the magnetic sensor.
This is greatly improved since it is not affected by dust, and the lifespan of the linear encoder can be extended. Further, when a linear magnetic encoder is used, it is possible to have a structure in which the linear scale and the movable element or the movable element part of the linear motor are used together, so that the linear magnetic encoder and the linear motor can be significantly miniaturized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明に係るリニア磁気エンコーダを示す斜視
図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a linear magnetic encoder according to the present invention.

【図2】図1の側面図である。FIG. 2 is a side view of FIG. 1;

【図3】本発明の他の実施例を示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing another embodiment of the present invention.

【図4】本発明に係る薄膜の保磁力と着磁ピッチの関係
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between coercive force and magnetization pitch of a thin film according to the present invention.

【図5】本発明のリニア磁気エンコーダをリニアモータ
に取り付けた時の一実施例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the linear magnetic encoder of the present invention attached to a linear motor.

【図6】本発明のリニア磁気エンコーダをリニアモータ
に取り付けた時の一実施例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the linear magnetic encoder of the present invention attached to a linear motor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  磁気センサ 2  スケール基体 3  磁性薄膜 4  インクリメンタルトラック 5  インデックストラック 6  リニアスケール 7  ケーブル 8  半田端子 9  回路収納部 10  回路基体 11  回路部品 12  接続用コネクタ 13  可動子 14  可動子コイル 15  ヨーク 16  リニアスケール支持部 17  リニアガイド 18  固定子磁石 19  ベース 20  検出ヘッド 21  空隙 1 Magnetic sensor 2 Scale base 3 Magnetic thin film 4 Incremental track 5 Index track 6 Linear scale 7 Cable 8 Solder terminal 9 Circuit storage section 10 Circuit board 11 Circuit parts 12 Connector for connection 13 Mover 14 Mover coil 15 York 16 Linear scale support part 17 Linear guide 18 Stator magnet 19 Base 20 Detection head 21 Voids

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  リニアスケール用のスケール基体と、
リニアスケール内の磁界を発生する媒体を具備したリニ
アモータの可動子位置検出に用いるリニア磁気エンコー
ダにおいて、前記リニアスケール内の磁界を発生する媒
体にバリウムフェライト磁性粉を含む薄膜を持つことを
特徴とするリニア磁気エンコーダ。
Claim 1: A scale base for a linear scale;
A linear magnetic encoder used for detecting the position of a mover of a linear motor that is equipped with a medium that generates a magnetic field within a linear scale, characterized in that the medium that generates a magnetic field within the linear scale has a thin film containing barium ferrite magnetic powder. linear magnetic encoder.
【請求項2】  請求項1に記載のリニア磁気エンコー
ダにおいて、前記バリウムフェライト磁性粉の保磁力が
400Oeから4000Oeの範囲内にあるような磁性
粉を含んだ薄膜から成るリニアスケールを持つことを特
徴とするリニア磁気エンコーダ。
2. The linear magnetic encoder according to claim 1, further comprising a linear scale made of a thin film containing magnetic powder such that the barium ferrite magnetic powder has a coercive force in the range of 400 Oe to 4000 Oe. linear magnetic encoder.
【請求項3】  請求項1または2に記載の磁性粉をエ
ポキシ系樹脂と混合し、これを用いてスケール基体上に
薄膜状の磁気記録媒体を形成した後、これを所定のピッ
チで着磁を行ったリニア磁気スケールを構成部品として
有するリニア磁気エンコーダ。
3. Mixing the magnetic powder according to claim 1 or 2 with an epoxy resin, forming a thin film magnetic recording medium on a scale substrate using the same, and then magnetizing it at a predetermined pitch. A linear magnetic encoder that has a linear magnetic scale as a component.
【請求項4】  請求項1に記載のリニア磁気エンコー
ダにおいて、前記リニアスケール用のスケール基体をリ
ニアモータ本体の一部としたことを特徴とするリニア磁
気エンコーダ。
4. The linear magnetic encoder according to claim 1, wherein the scale base for the linear scale is a part of a linear motor main body.
JP12723391A 1991-05-30 1991-05-30 Linear magnetic encoder Pending JPH04351914A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5606256A (en) * 1992-06-08 1997-02-25 Nippon Thompson Co., Ltd. Linear encoder and a guide unit on which it is equipped
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