JPS60194311A - 磁気エンコ−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】 本発明は角度や位置の検出ができる磁気エンコーダ、特
に磁気抵抗効果を利用する磁気抵抗素子をブリッジ接続
して使用するタイプの磁気ヘッドを備えた磁気エンコー
ダに関する。

これら磁気エンコーダにあっては所望の板状、帯状又は
円板状の磁気スケール又は磁気媒体に所定の一定間隔λ
（相隣るＮ極とＳ極の中心路ｔｉ１りで設けた磁気マー
クを読み取るため磁気ヘッドが用いられる。

この磁気マークは例えば特開昭５５−１４６００７号公
報第６図に記載されているような、媒体の表面に直角に
、相対移動方向の計測直線又は円弧の接線方向に一定の
間隔で、且つ磁化方向が交互に逆向きとなるように垂直
着磁して成る所謂縁着磁方式のものと、例えば特開昭４
７−０４５６５２号公報等に記載されているような、媒
体の表面に平行に又はその外周縁に沿って、相対移動方
向の計測直線又は円弧接線方向に一定の波長２λ　（前
記間隔λの２倍）で且つ半波長毎に極性を反転しながら
着磁して磁気マーク（目盛）を設ける所謂横着磁方式の
ものとがある。

而して、従来公知の磁気ヘッドに於ては、この磁気マー
クを読み取るため、磁気スケールの磁気マークに沿って
磁気マークの間隔λ　（前述のようにＮ極と隣接Ｓ極の
中心間距離を云う。以下同じ。

）の％又はその奇数倍の間隔又は位相差を以て配列され
ている四個の磁気抵抗素子から成るブリッジ回路が用い
られており、これにより磁気へノドが磁気スケールに沿
って相対的に移動する際、ｌ目盛、即ち磁気マーク間の
間隔λに相当する距離を移動する都度、１サイクルの出
力信号が得られ、これから更に１又は２パルスの出力信
号が得られるよう構成されている。

而して、磁気マークの間隔λを可能な限り小さくし、磁
気マークを高密度で設ければ、磁気スケールの分解能は
高まるが、磁気マークの間隔λを小さくしようとすると
磁力が弱くなって磁気マークの検出が困難となるので、
この間隔λの限界は例えば前記横着磁でλ＝　１００μ
ｍ前後、縦着磁でλ＃５０μｍ前後程度であって、この
方法で分解能を高めるには限界がある。

従って、１目盛を移動する際、２パルス以上の高密度で
出力信号が得られれば好都合である。

本発明は叙上の観点に立って為されたものであり、その
目的とするところは、１磁気マーク当り２パルス又は４
パルスの出力信号が得られるエンコーダを提供すること
にある。

而して、この目的は、ブリッジ回路を構成する磁気抵抗
素子の配置間隔又は位相差を、磁気スケールの磁気マー
クの間隔λに対して、λ／４又はその整数倍とし、磁気
ヘッドが磁気スケールの１目盛分の距離λ　（−相隣る
磁気マーク間間隔）を相対的に移動する際、各磁気抵抗
素子が輪番的に１回宛どれか一つの磁気マークと一致し
磁化されるよう構成することにより達成される。

以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明にかかる磁気エンコーダの一実施例、特
に磁気スケールまたは媒体の磁気マークと磁気抵抗素子
の配置及びその結合方法を示す説明図、第２図乃至第５
図は上記磁気エンコーダの磁気ヘッドで用いるブリッジ
回路を構成する磁気抵抗素子の抵抗変化を示すグラフ、
第６図及び第７図はブリッジ回路の入力端子間の抵抗を
示すグラフ、第８図はブリッジ回路の二つの出力端子の
電位を示すグラフ、第９図は上記出力端子間電位差を示
すグラフ、第１０図は出力信号パルスを示すグラフ、第
１１図は磁気マークと磁気抵抗素子との様々な位置関係
を示す説明図、第１２は他の一実施例を示す回路図であ
る。

第１図中、１は、計測直線又は円弧に沿って一定の間隔
λで交互にＮ極及びＳ極として現れる磁気マーク２．２
′を多数有する磁気スケール、３は上記磁気スケール１
に対置された磁気ヘッドで、磁気抵抗素子４１．４２．
４３及び４４からなるブリッジ回路４と、波形整形回路
５とから成り、定電圧電源６に接続され、電力の供給を
受けている。

磁気マーク２．２′は計測直線又は円弧に沿って中心間
距離をλとして多数配列されるものであり、且つこれら
が前述の縦着磁方式のものであるときは、それらは磁気
スケール１を構成する磁気媒体を、その表面（図の紙面
）に垂直に、且つ交互に逆方向に磁化して形成されるも
のである。

又、以下の説明では、磁気ヘッド３は固定されており、
磁気スケール１が図中左右に移動するものとして説明す
る。

図示されている構成では、これら四個の磁気抵抗素子４
１．４２．４３及び４４はλ／４の間隔で一列に配置さ
れており、且つ、電気的には図示されているように順次
環状に結合され、入力端子■１及びＩ２は定電圧電源６
に、出力端子０．及び０２は波形整形回路５に接続され
ている。

然しなから、後に説明するように、これらの磁気抵抗素
子４１．４２．４３及び４４の間隔及び接続方法ば、第
１図に示すものに限定されるものではなく、より一般的
には、式、 ｎλ＋−λ　但し、ｎは整数。

斗 で示されるものであり、これらには非常に多くの変更例
を挙げることを得るものである。

又、波形整形回路５としては、公知の差動増幅器及びシ
ュミットトリガ回路から成るもの、又は単に比較回路若
しくはシュミットトリガ回路のみから成るものが用いら
れる。

・今、磁気スケール１が図示されている状態から図中右
方向にλだけ移動するものとする。

又、説明を簡略にするため、磁気抵抗素子４１．４２．
４３及び４４の抵抗をＲ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４とし、 磁気抵抗素子が、どの磁気マークの中心からもλ／４以
上離れていて磁化されていないときは、Ｒ，＝Ｒ２＝Ｒ
３＝Ｒ４＝Ｒ いずれかの磁気マークの中心線上にあって最大限磁化さ
れているときは、 Ｒ＋　＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝ｒ であるとする。

而して、今、磁気マーク２が図示されている位置から図
中右方に移動すると、磁気マーク２は順次磁気抵抗素子
４１．４２．４３及び４４の直下を通過してこれらを磁
化しそれらの抵抗を変化させる。

ここでは説明を簡略にするために、これらの抵抗Ｒ１、
Ｒ２、Ｒ３及びＲ４がそれぞれ第２図乃至第・５図に示
す如く変化するものとする。

然るときは、ブリッジ回路４の入力端子■１．１２間の
一方の電路の抵抗（Ｒ，＋Ｒ２）　、及び他の一方の電
路の抵抗（Ｒ：＋＋Ｒ４）はそれぞれ第６図及び第７図
の如くになる。

これらの抵抗変化線図の形は、磁気マーク２の幅と、磁
気抵抗素子４１等の磁気特性、その形状寸法及び磁気マ
ーク２との間隔等により定まるものであり、素より一定
のものではないが、これらを適切に定めると図示されて
いるような特性のものが得られるものである。

波形整形回路６の入力インピーダンスを■とすると、抵
抗（Ｒ１＋Ｒ２）及び（Ｒ３＋Ｒ４）がそれぞれ第６図
及び第７図の如く変化する場合、それらの中間に設けら
れた出力端子０１．０２の電位Ｖｌ、Ｖ２は、それぞれ
第８図中の実線及び点線で示したように変化する。

但し、ここで、２Ｖｏは定電圧電源５の出力電圧であり
、Ｖ、及び■２の最大値Ｖｍａｘ、最小値Ｖ　ｍｉｎは
それぞれ、 Ｖｍａｘ＝Ｖｏ→Ｖ＝２ＲＶ（１／　（Ｒ＋ｒ）Ｖｍｊ
ｎ　＝ＶＯ−Ｖ＝２　ｒＶｏ／　（Ｒ＋ｒ）となる。

ここで、 Ｖ−Ｖ。（Ｉマーｒ）／（Ｒ＋ｒ） である。

従って、出力端子０１．０２間の電位差（Ｖ＋−■２）
は、第９図に示す如く、磁気スケール１が磁気マークの
ｌピッチλだけ移動する際、２サイクルの割合で変動す
る交番電圧となるから、これから公知の方法で、磁気マ
ークの１目盛λ当り２又は４個のパルスを得ることがで
きる。

第１０図には、第９図の電圧から実線及び点線で表示し
たパルスがそれぞれ磁気マークの１目盛λ当り２個、合
計４個得られることが示されている。

叙上の説明では、磁気抵抗素子４１．４２．４３及び４
４の間隔をλ／４とし、又それらを第１図に示す如く輪
番的に接続すると共に、その抵抗が第２図乃至第７図に
示す如く変化する例に就いて説明したが、これらは本発
明の目的を達成するため必須の要件ではない。

即ち、本発明を実施する際には、磁気スケールｌと磁気
ヘッド３が相対的に１目盛移動する際、ブリッジ回路を
構成する四個の磁気抵抗素子が順次各１回の割合で、多
数の磁気マーク２．２′等のなかの何れか一つにより磁
化されるよう構成すれば足りるものであり、第１図に示
した磁気抵抗素子４１．４２．４３及び４４の内任意の
ものを、λの整数倍移動させたり、又ブリッジ回路を構
成する磁気抵抗素子の接続順序を変えたりしても、本発
明の目的達成には何等支障がないものである。

この磁気抵抗素子の幾つかの配置例が第１１図に示しで
ある。

又、ブリッジ回路の接続方法に於て、例えば磁気抵抗素
子４２と４３とを交換しても、第９図に示したものと等
価な出力信号が得られることば、紙上の説明と同様な論
理で第２図乃至第５図の特性曲線を組合せ図計算をする
ことによって直ちに知られよう。

然しなから、これらの回路のみでは磁気スケール１が前
進のみならず後退もする場合、その識別が不可能である
。そのような場合、所謂Ａ相及びＢ相用の各ブリッジ回
路をその移動方向に適宜ずらし、一定の位相差を与えて
設け、移動方向を識別する方法が知られている。この移
動方向検出原理は本発明に於ても応用できるものである
。但し本発明に於ては、一つのブリッジ回路を構成する
磁気抵抗素子がλ／４の間隔又は位位相で配置されてい
るので、Ａ相及びＢ相用のブリッジ回路の磁気抵抗素子
の相互間隔若しくは位相差は磁気スケール上でλ／８と
することが必要である。

この回路の一例は第１２図に示されている。

図中、７及び８は、それぞれ磁気抵抗素子７１．７２．
７３及び７４、並びに８１．８２．８３及び８４から成
るＡ相及びＢ相のブリッジ回路、９及び１０はそれぞれ
Ａ相反びＢ相の波形整形回路、１１は公知の判別回路、
１２は定電圧電源である。

この磁気エンコーダは、磁気抵抗素子７１．７２．７３
及び７４と、同８１．８２．８３及び８４との間の有効
間隔又は位相差が、従来公知の回路でばλ／４となって
いたのに対し、λ／８となっている点が異なるだけであ
る。従って、この磁気エンコーダの作用原理に就いては
もはや説明を要しないであろうから、ここではその説明
を省略し、以下第１３図乃至第１Ｇ図により実際のエン
コーダの概略を説明する。

第１３図は、前記第１２図のＡ相及びＢ相の各ブリッジ
回路及びそれぞれの磁気抵抗素子７１．７２．７３及び
７４．並びに８１．８２．８３及び８４の一実際例のパ
ターン及び配置構成例を示す平面図、又第１４図は側面
図で、第１５図はその一素子の拡大平面図、第１６図は
、前記第１２及び１５図に示したものの等価回路図であ
る。

而して、第１３〜１５図に於て、１３はガラスやセラミ
ックスから成る絶縁体基板であり、１４は該基板１３上
に蒸着やスパッタリング等の薄１１Ｑ形成技術によって
形成された磁気抵抗効果合金、例えばパーマロイの厚さ
　５００人程度の薄膜であり、図示したパターンは蒸着
等薄膜形成の際のマスキングによるか、全体に薄膜を形
成した後のマスキングによるケミカルエソチッグやフォ
トエンチング等、或いは又、全体に薄膜を形成した後マ
スキングする゛ことなくダイヤモンド等の工具を使用し
た数値制御によるスクライビング描写加工、又は上記工
具の代りにレーザビームやエレクトロンビーム等の粒子
線を使用した数値制御によるパターン描写加工によって
形成されるものである。

この実施例のＡＢ２相出カブリンジ型の磁気抵抗素子を
使用した磁気ヘッドは、磁気マーク２．２′を所定の間
隔λで記録した円板型の磁気スケールに対応するように
、即ちこの種の磁気スケールでは上記磁気マーク２．２
′のそれぞれの中心・線が磁気スケール円板の半径方向
に一致するよう着磁記録されているのと対応するように
、各磁気抵抗素子７１．７２．７３及び７４．並びに８
１．８２．８３及び８４が成る曲率の円弧の法線上にあ
るように配置構成されている。

各磁気抵抗素子は、第１５図に一部を拡大して示したよ
うに、前記半径方向に延び、外周に於ける幅約０．０１
８ｍｍから中心に近づくに従って０．０１５鶴とや１幅
が狭まる１０本の単位素子７１ａを、リード部７１ｂに
より千鳥状に直列に連結して成るものであり、各単位素
子７１ａの中心間の間隔は、外周部で約０．０３６＋ｕ
、内周部で約０　、０３０ａｍ、即ち前記磁気マーク２
．２′の間隔λ＃　０．０３６龍（内側では０．０３０
　ｍｍ）と一致するよう形成されており、そしてさらに
隣接する素子７１と７２との各単位素子７１ａドア２３
トの間隔又は位相差を（ｎλ十＋λ）として形成しであ
る。

又、図示されていないが、Ａ相の各単位素子７１ａと対
応するＢ相の単位素子８１ａとは、その間隔又は位相差
が、（ｎλ＋＋λ）となるように設定形成されているこ
と勿論である。

尚、図に於て基板１３の薄膜１４上に記載した符号＋Ｂ
、Ｇ、ＡＨ、Ａ２　、Ｂｌ及びＢ２の各部分は、磁気抵
抗素子７１．７２．７３及び７４並びに８１．８２．８
３及び８４の第１２図又は第１６図に示した端子部であ
る。

又、第１３図に示した実施例では、Ａ相及びＢ相の各磁
気抵抗素子７１．７２．７３及び７４．並びに８１．８
２．８３及び８４の全てが直列で、中心部分に於て左右
に４個ずつ左右対称に分離した構成となっている（尚、
中心部分で２つに分かれている十Ｂの各端子は一体であ
ってもよい。）が、第１６図の等価回路によれば、第１
３図に於て、例えば左から２個の磁気抵抗素子を人相の
素子７１及び７２とし、次の２個を前記の２個に対して
順次、 λ± （ｎλ＋Ｔλ十オλ） （ｎλ＋＋λ＋＋λ） の位相差があるようにすれば、Ｂ相の素子８１及び８２
とすることができるものであり、この外にも更に種々の
変更構成が可能なものである。

本発明は紙上の如く構成されるから、本発明によるとき
は、従来公知の磁気エンコーダの二倍の高密度で出力信
号を発生しできる分解能の高い磁気エンコーダを供給し
得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる磁気エンコーダの一実施例、特
に磁気スケールの磁気マークと磁気抵抗素子の配置及び
その結合方法を示す説明図、第２図乃至第５図は上記磁
気エンコーダの磁気ヘッドで用いるブリッジ回路を構成
する磁気抵抗素子の抵抗変化を示すグラフ、第６図及び
第７図はブリッジ回路の入力端子間の抵抗を示すグラフ
、第８図はブリッジ回路の二つの出力端子の電位を示す
グラフ、第９図は上記出力端子間電位差を示すグラフ、
第１０図は出力信号パルスを示すグラフ、第１１図は磁
気マークと磁気抵抗素子との様々な位置関係を示す説明
図−１第１２図は他の一実施例を示す回路図、第１３図
及び第１４図は第１２図の磁気抵抗素子の一配置例を示
す平面図及び側面図、第１５図はその一素子の拡大平面
図、第１６図は等価回路図である。 １−・−一−−−−−−−−−−−−−−・磁気スケー
ル２−＝−・・・−−−一−−−−−−−−−磁気マー
ク３−−−−−−−−−−−−−−・−−−ｍ−磁気ヘ
ッド４．７．８−−−−・−ブリッジ回路 ５．９．１０−−−−一波形整形回路 ６．１２−・−−−一一−−−−−−一定電圧電源１１
−−−〜−−−−・−−−−−−一−−−−−判別回路
１３−−−−−−−−−−−−−−−一絶縁体基板１４
−−−−−−−−・−−−−−−−一−−−−磁気抵抗
効果合金薄膜４１．４２．４３．４４．７１．７２．７
３．７４．８１．８２．８３．８４−−−−−−−−−
−−−−・−＝−−一−−−−−磁気抵抗素子 特許出願人　株式会社　井上ジャパックス研究所代理人
（７５２４）最上正太部 手続補正書 昭和５９年０４月１１日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、　事件の表示 昭和５９年特許願第０４９３０１号 ２、　発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　神奈川系ｉ鼠缶棒゛犠ゼ°ｌ鹸岬ぼ這■５２８９
番地名称　（０４８）株式会社　ｋｆジャパックス１６
Ｗ４、代理人＠１０７　Ｔｍ　５８３−０３０６住　所
　東京都港区赤坂１丁目８番１号６、　補正により増加
する発明の数　０７、　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄及び図面８、　補正の内
容 ８、補正の内容 （１）　明細書第１３頁第９行目及び第１１行目「描写
」とあるのを「描画」と補正する。 （２）図面中第１３図、第１４図及び第１５図をここに
添付のものと差し替える。 手続補正書 昭和５９年０４月１３日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、　事件の表示 昭和５９年特許願第０４９３０１号 ２、　発明の名称 磁気エンコーダ ３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　神奈川県横浜市緑区長津田町字道正５２８９番地
名称　（０４８）株式会社　弁上ジャパンクス研究所４
、代理人８１０７　１ｍ　５８３−０３０６住　所　東
京都港区赤坂１丁目８番１号６、　補正により増加する
発明の数　０７、　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄及び図面８、補正の内容 （１１明細書第８頁第１７行目「波形整形回路６」とあ
るのを「波形整形回路５」と補正する。 （２）　明細書第９頁第３行目「定電圧電源５」とある
のを「定電圧電源６」と補正する。 （３）明細書第１４頁第５行目［幅約０．０１８　ｗ　
Ｊとあるのを「幅が、例えば約０．０１８ｎ＋ｊと補正
する。 （４）明細書第１４頁第９行目、第１０行目ｒ　０．０
３６寵」とあるのをｒｏ、０７２ｍ５Ｊと補正する。 （５）明細書第１４頁第９行目、第１１行目ｒ０．０３
０顛」とあるのをｒ　Ｏ，０６０ｍ　Ｊと補正する。 （６）明細書第１４頁第１０行目「間隔λ」とあるのを
「間隔例えばλ」と補正する。 （７）明細書第１４頁第１３行目、第１７行目「＋」と
あるのを「±」と補正する。 （８）図面中、第１５図をここに添付のものと差し替え
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■）　四個の磁気抵抗素子から成るブ’Ｊ　ｙジ回路と
   、上記ブリッジ回路に電圧を供給する電源回路と、上記
   ブリッジ回路の出力信号をパルス信号に変換する回路と
   を具備し、磁気スケールに一定の間隔λで設けた磁気マ
   ークを読み取る磁気エンコーダに於て、 上記ブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子の配置間隔又
   は位相差を磁気マークの間隔λの２又はその整数倍とし
   、且つ磁気ヘッドが磁気スケールに対して相対的にλだ
   け一方向に移動する間に、各磁気抵抗素子が輪番的に１
   回宛磁気マークと一致するように各磁気抵抗素子を配置
   した上記の磁気エンコーダ。 ２）　上記ブリッジ回路が２組設けられており、且つそ
   の２組のブリ・ノジ回路の相対応する辺の磁気抵抗素子
   の配置間隔又は位相差がλ／８である第１項記載の磁気
   エンコーダ。