JPH0794987B2 - インクリメンタル形ストローク磁気センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インクリメンタル形ストローク磁気センサに
係わり、殊に磁気スケールとインクリメンタル形ストロ
ーク磁気センサとにおいて、磁気マークの単一化、製造
の容易化及び温度補償の容易化などを達成するに好適な
インクリメンタル形ストローク磁気センサに関する。

〔従来の技術〕

いわゆるインクリメンタル形ストロークセンサは、アバ
ソリュート形と異なり、基準点を検出して初めて位置検
出が可能となる。このため、センサ側には位置検出用と
基準点検出用の２種類のセンサを備え、他方スケール側
にも位置検出用と基準点検出用の２種類のマークを備え
ている。かかる事情はインクリメンタル形ストローク磁
気センサにあっても同様であり、位置検出用と基準点検
出用の２種類の磁気マークを備えた磁気スケールに対応
し、位置検出用と基準点検出用の２種類の磁気センサを
備えて達成される。これら２種類の磁気センサは各個独
立して設置される場合が通常であるが、１つの基板上に
共に回路構成する場合もある。後者としては、例えば特
開昭61−84504号が開示されたものがある。これはスト
ローク磁気センサではなく回転エンコーダであるが、大
略説明すれば、２種類の磁気センサは複数の薄膜磁気抵
抗素子によって１つの基板上で回路構成され、磁気スケ
ール側であるドラムは磁気信号を記録した複数のトラッ
クを備えて達成される。これらトラックの内の１つは基
準点検出用の指示パルスを発生する（即ち、この場合で
あっても２種類の磁気マークを備えている）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したように、インクリメンタル形ストローク磁気セ
ンサは、位置検出用と基準点検出用の２種類の磁気マー
クを備える磁気スケールに対し、位置検出用と基準点検
出用の２種類の磁気センサを備えている。このため、全
体的に複雑となり、製造上不利益を蒙むることが多い。
また温度補償は通常の場合であればブリッジ回路を用い
て自己補償するようにしているが、例えば各磁気センサ
を独立して設置する場合などでは、互いの温度差によ
り、温度補償が難しくなり、結果として検出精度が低下
してしまうという不都合が生ずる。特開昭61−84504号
の例にあっては、位置検出用と基準点検出用の２種類の
磁気センサが１つの基板上に回路構成されているため、
温度差が少なくなり、温度補償をする上で有利となる。
しかるに、磁気スケール側が位置検出用と基準点検出用
との２種類の磁気マークを備える構成であることは従来
技術と変わるところがなく、殊にこの特開昭61−84504
号の例にあっては、仮にドラムを展開してインクリメン
タル形ストローク磁気センサとしても、磁気センサが磁
気スケールの方向に対して直角方向に相対ずれするよう
な場合、位置検出が不可能となってしまう欠点がある。
別言すれば、この構成では、ボーリングマシンのボーリ
ング、ドリルマシンのドリル、揺動する油圧シリンダロ
ッド、その他の回転移動体に対し、これらを磁気スケー
ルとすることができない。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであっ
て、位置検出用の磁気マークと基準点検出用の磁気マー
クとを区別することなく１種類の磁気マークで構成した
磁気スケール側に対して使用でき、従って製造が容易で
あり（磁気スケールに対しても）、かつ、検出値の温度
補償だ容易であるインクリメンタル形ストローク磁気セ
ンサを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明にかかわるインクリメ
ンタル形ストローク磁気センサは、第１図及び第２図を
参照して説明すれば、両端から所定距離d1、d2離間した
区間ｌ内に等ピッチｐの磁気マーク11を備える磁気スケ
ール10に対向して設置される基板において（第２図）、
該基板20上に前記磁気マーク11と平行なる複数の薄膜磁
気抵抗素子Rs、Roを備え、これらの内の幾つかの薄膜磁
気抵抗素子Rsは少なくとも２つの差動回路又はブリッジ
回路をなし、他の幾つかの薄膜磁気抵抗素子Roはピッチ
ｐの整数ｎ倍のピッチnpでなる少なくとも１つの差動回
路又はブリッジ回路をなす構成とした。

〔作 用〕

上記構成によれば、結果として、薄膜磁気抵抗素子Rsで
構成される差動回路又はブリッジ回路は位置検出用磁気
センサとなり、他方薄膜磁気抵抗素子Roで構成される差
動回路又はブリッジ回路は基準点検出用磁気センサとな
ってインクリメンタルに直線位置を検出することができ
るようになる。詳述すれば、前者位置検出用の差動回路
又はブリッジ回路は、請求項で詳細に触れていないが、
「少なくとも２つの」の意味するところは、検出位置の
方向性を検出するため、インクリメンタル形ストローク
センサにおける通常の手段である。例えば、差動回路と
差動回路、差動回路とブリッジ回路、差動回路とブリッ
ジ回路、又はこれらの組合せを指し、これら回路を少な
くとも２つ備えるということである。その他の位置検出
用として諸条件、例えば、分解能力を高めるためには複
数の差動回路又はブリッジ回路を備えるが、この場合、
各々の回路を構成する薄膜磁気抵抗素子Rsは各差動回路
又はブリッジ回路毎に相対的に位相がずれるように配置
される。このように通常知られるインクリメンタル形ス
トロークセンサにおける位置センサとしての諸条件の総
ては、請求項記載の文言「幾つかの薄膜磁気抵抗素子Rs
は少なくとも２つの位置検出用の差動又はブリッジでな
る回路」なる位置検出用磁気センサの範中に含まれるも
のとする。従ってかかる位置検出用磁気センサが、磁気
スケール10の磁気マーク11が施されている区間ｌ内を往
復する限り、第３図の位置−出力グラフの特性Ssで示さ
れる波形が磁気マークに従って出力される。この点は通
常のインクリメンタル形ストロークセンサの場合と同じ
である。即ち前述のとおり、薄膜磁気抵抗素子Rsで構成
される差動回路又はブリッジ回路は、結果として、位置
検出用磁気センサとなる。次に後者基準点検出用の差動
回路又はブリッジ回路は、差動回路であれば、これを構
成する２つの磁気抵抗素子Roのピッチは磁気スケール10
の磁気マーク11のピッチｐの整数倍np（ｎ＝１、２・
・）としてある。従って、第３図の位置−出力グラフの
特性Soで示されるとおり、かかる基準点検出用磁気セン
サが磁気スケール10の磁気マーク11が施されている区間
ｌ内を往復する限り、差動回路に出力はなく、波形は現
れないが（詳しくは、磁気マーク11のピッチ内におい
て、磁気マーク11の幅と磁気マーク11の無い幅とが異な
る場合は、多少の差が出力され、その分の波形も現れ
る）、この差動回路が磁気スケール10の磁気マーク区間
ｌの終点又は始点に至り、差動回路を構成する磁気抵抗
素子Roの何れか１つが、磁気マーク11の無い位置12a又
は12bに至るとき、この差動回路に出力が現れるように
なる（但し、磁気抵抗素子Roの２つが共に磁気マーク11
のない位置12a又は12bにまで至ったときには差動出力は
完全になくなる）。即ち、基準点なる始点及び終点を検
出することができるようになる。差動回路に替わり、ブ
リッジ回路の場合、４つの磁気抵抗素子Roのピッチを整
数倍npとしても、結果は上述差動回路と同一である。こ
の場合の差動回路との違いは、温度補償することがさら
に容易となる点、さらに出力が大きくなる点である。以
上から分かるとおり、薄膜磁気抵抗素子Roで構成される
差動回路又はブリッジ回路は、結果として、基準点検出
用磁気センサとなる。尚、この基準点検出用磁気センサ
の個数は複数にしてもよい旨を「少なくとも」で表現し
ているが、最善には、前記位置検出用の磁気センサの両
端に各々１個備えるのがよい。尚、基板上におけるこれ
ら薄膜磁気抵抗素子Rs、Roの配置については単に「該基
板上に前記磁気マークと交差する複数の薄膜磁気抵抗素
子Rs、Roを備え、」としてある。これは、例えば、薄膜
磁気抵抗素子Rs、Roを直列に並べてもよいし、並列に並
べてもよいことを意味し、要は縦長の薄膜磁気抵抗素子
Rs、Roが磁気マークと直交でも斜交でもよいが、とにか
く交差するようにすればよいことを指す。そこで差動回
路やブリッジ回路の形成の際には、殊更隣同士の薄膜磁
気抵抗素子を結線する必要もなく、上記作用に基づき、
磁気スケール10の磁気マーク11のピッチｐの主体にし
て、請求項のとおり結線すればよい。また基準点検出用
の差動回路又はブリッジ回路は各個単独で構成してもよ
いし、これらを混ぜて構成してもよい。

〔実施例〕

以下実施例を図面（第１図〜第５図）を参照して説明す
る。実施例は、第２図に示される磁気スケールに対し、
第１図に示されるインクリメンタル形ストローク磁気セ
ンサの構成である。詳しくは、磁気スケール10は、第２
図に示されるように、S35Bでなる直径60mm×長さ600mm
の丸棒において両端から50mm離間した区間ｌ（500mm）
内にピッチ（ｐ＝2mm）でなる溝（幅1mm×深さ50μｍ）
を全周に渡って穿ち、凹凸パターンに形成せしめた後、
外周全面に渡り、前記凹凸がなくなるようにCrメッキ13
を施したものである。これに対し、実施例なるインクリ
メンタル形ストローク磁気センサは、第１図に示される
ように、パイレックスガラス基板20（図示横16mm×図示
縦5mm×厚さ0.1mm）上に、80Ni−20Feでなる厚さ2000Å
の強磁性体薄膜を蒸着し、レーザトリミングを用いて図
示幅25μｍ及び図示高さ3mmで往復トリミングし、各々
が全幅0.5mmである薄膜磁気抵抗素子Ro、Rsを18個パタ
ーニングした。このトリミングでは同時に、図示左端の
２個の薄膜磁気抵抗素子Roについては差動回路を形成せ
しめ、基準点検出用磁気センサとし、他方他の16個の薄
膜磁気抵抗素子Rsについては４素子ブリッジなる４個の
ブリッジ回路を形成せしめ、位置検出用磁気センサとし
た。尚、前者薄膜磁気抵抗素子Roは、前記磁気スケール
20の磁気マーク11のピッチＰ（＝2mm）に合わせて、互
いに中心が2mm離間するようにしてある。他方後者４個
のブリッジ回路はp/8（＝0.25mm）ずつ位相をずらせて
構成してある。本例の場合、第４図に示されるように、
該基板20の背面から4.8mm離間してバイアス用永久磁石1
4を備えている（尚、第６図において、これら基板20及
びバイアス永久磁石14の支持体は省略してある）。また
実施例と磁気スケール10とのギャップは0.4mmとなるよ
うにしてある。以上の構成における検出結果を第３図を
参照して説明する。差動回路両端に12Vの電圧を印加
し、差動出力Vdを得る（第１図参照、尚位置検出用磁気
センサについてはその説明は省略する）。即ち、基準点
検出用磁気センサは、第３図に示されるとおり、位置検
出用磁気センサによって得られる位置信号の出力波形Ss
の終点及び始点において、基準点信号なるパルスP1、P2
を発する。他の実施例は、例えばバイアス磁界は、上記
実施例のバイアス磁石に替わり、磁気マーク自体に磁性
を備えた構成であってももよい。またバイアス磁石の極
性は、上記実施例の第４図のように、極性方向が磁気ス
ケール方向に直交するのではなく、第５図に示すよう
に、極性方向を磁気スケール方向と一致せしめ、これら
の間に実施例の磁気センサを介在せしめてもよい（実際
はこの方法の方が検出により有利である）。また上記実
施例では基準点検出用磁気センサを構成するに差動回路
としたが、４素子ブリッジ回路としてもよい。この場合
にあっても、４個の薄膜磁気抵抗素子Roは各々np倍、即
ち上記実施例に合わせれば、2mm、4mm又は8mm等、整数
倍毎に配置すればよい。またこれらを位置検出用磁気セ
ンサの両端に備えるなどして複数にしてもよい。勿論、
任意の位置に備えてもよい。位置検出センサは、差動回
路で構成してもよい。また基板上での各々の薄膜磁気抵
抗素子の位置や回路の結線については、前記〔作用〕の
欄で説明済みのため、これらに基づく他の実施例は省略
する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係わるインクリメンタル
形ストローク磁気センサによれば、１枚の基板上に２種
類の磁気センサを構成しているため、温度が均一化さ
れ、各々の薄膜磁気抵抗素子の温度特性が向上し、セン
サ系の温度補償が改善される。また同一材料に対して一
度に２種類の磁気センサを基板上にパターニングできる
ため、製造上有利となる。さらに、磁気スケールについ
ても、従来技術と異なり、１種類の磁気マークで済むた
め、磁気スケールを簡単に製造することができ、本発明
のインクリメンタル形ストローク磁気センサを使用効果
が拡大する。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁気スケールの模式断面図と実施例の模式正面
図、第２図は実施例を適用せしめる磁気スケール例の斜
視図、第３図は実施例の効果を示す出力−位置の特性グ
ラフ、第４図は磁気スケールと実施例との配置模式図、
第５図は他の配置模式図である。 10……磁気スケール 11……磁気マーク 20……基板 ｌ……磁気マーク区間 ｐ……ピッチ Rs、Ro……薄膜磁気抵抗素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端から所定距離離間した区間内に等ピッ
   チｐの磁気マークを備える磁気スケールに対向して設置
   される基板において、該基板上に前記磁気マークと平行
   なる複数の薄膜磁気抵抗素子Rs、Roを備え、これらの内
   の幾つかの薄膜磁気抵抗素子Rsは少なくとも２つの差動
   回路又はブリッジ回路をなし、他の幾つかの薄膜磁気抵
   抗素子Roは前記ピッチｐの整数ｎ倍のピッチnpでなる少
   なくとも１つの差動回路又はブリッジ回路をなす構成を
   特徴とするインクリメンタル形ストローク磁気センサ。