JPS6073415A - 距離センサ - 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】 ■　発明の背景 技術分野 本発明は、距離センサに関する。　さらに詳しくは、磁
気スケールと、バーニヤ（副尺）として機能して、より
精密な読みとりを行うことのできるディテクタとからな
る距離センサに関する。

先行技術とその問題点 等間隔に着磁された磁気スケールが、距離センサとして
用いられている。

磁気スケールのピックアップとしては、従来、いわゆる
ＶＲヘッドが用いられており、これによって、着磁信号
にもとづく正弦波ないし方形波を検出し、ディジタル信
号として取り出している。

しかし、従来のＶＲヘッドでは、バーニヤ機能がないた
め、精密測定上問題がある。

ＩＩ　発明の目的 本発明の主たる目的は、バーニヤ機能を有するディテク
タを提供することにより、より精密な測定が可能な磁気
スケール型の距離センサを提供せんとするものである。

このような目的は、下記の本発明によって達成される。

すなわち本発明は、 等間隔に着磁された磁気スケールと、この磁気スケール
の着磁信号列を読みとるディテクタとからなる距離セン
サにおいて、ディテクタが、多数の強磁性薄膜の検知部
分を、磁気スケールの着磁間隔とは異なる間隔にて、等
間隔に配置してなる検出部を基体上に設けてなることを
特徴とする距離センサである。

■　発明の具体的構成 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

第１図および第２図、そして第３図、第４図、第５図、
第６図、第７図、第８図および第９図には、本発明の実
施例が示される。

これらの例に示されるように、本発明の距離センサのデ
ィテクタ１は、基板２の一面上に、多数の強磁性薄膜３
の検知部分３１を有する。

この場合、基板２は、非磁性、電気絶縁性の材質から、
通常、矩形状の平板状とされる。

基板材質としては、各種ガラス、結晶化ガラス、サファ
イヤ、アルミナ、スピネル等のセラミクス、グレーズド
セラミクス等が使用できる。

このような基板２の表面（強磁性薄膜部形成面）は、第
２図の例に示されるように、平坦面であってもよいが、
第３図の例に示されるように、表面の一部、特に中央部
には、凸部２５が形成されることが好ましい。

凸部２５は、通常、基板２の表面の中央部に設けられ、
０．０２〜２ｍｍ、より好ましくは０．０５〜１ｍｍ程
度の高さとされる。

これにより、後述のリード体を、凸部頂面以外の領域に
て各強磁性薄膜３，３．・・・と接続すれば、ディテク
タ表面にリード体は突出しないので、ディテクタを磁気
スケールに極力近づけることができ、検知精度が向上す
る。

このような場合、凸部２５は、平坦な頂面と、この頂面
と底部平坦面とに連接するテーパー面とから形成するこ
とが好ましい。

これにより、強磁性薄膜の被着が容易かつ確実となり、
断線等の発生が少なくなり、かつディテクタ面の大型化
も回避できる。

この場合、テーパー面が底部平坦面となす角度は２０〜
８０”、より好ましくは３０〜６０″であることが好ま
しい。

さらに、このテーパー面と底部平坦面との連接部、およ
びテーパー面と平坦頂面との連接部は、丸みを帯び、実
質的に稜線がなく、曲率をもっていることが好ましい。

これにより、製造時の断線や、使用や保存における熱ス
トレスによる断線、抵抗劣化等がきわめて少なくなる。

なお、基板２の寸法、厚さ等には特に制限はないが、゛
厚さは、通常、０．１〜３ＩＩＩ１１程度とされる。

また、凸部２５の形成は、ウェットエツチングや、切削
加工によればよい。　そして、テーパー面の連接部を丸
めるには、ウェットエツチングや、加工後の軟化処理等
によればよい。

他方、強磁性薄膜３は、ニッケル、パーマロイ等のニッ
ケルー鉄合金、ニッケルーコバルト合金、鉄−ニッケル
ーコバルト合金、ニッケルーパラジウム合金、ニッケル
ーマンガン合金等の強磁性材料から形成される。

そして、これらのうちでは、ニッケル量５〜５０ｗｔ％
の、ニッケルー鉄を主成分とする合金が好ましい。

強磁性薄膜３は、基板２の表面上、特に凸部２５を有す
る表面上に、所定のパターンおよび配置にて形成される
。

すなわち、通常は、第４図〜第６図に示されるように、
所定の巾をもつ細条状に形成された検知部分３１と、こ
の検知部分３１に連接し、リード体と接続する電極部分
３５とからなる形状とされ、各検知部分３１は、分割し
て形成される。

このような細条状の検知部分３１は、第１図に示される
ように、直線状をなしていてもよい。

あるいは、第４図、第５図に示されるように、１つまた
は２つ以上の直線部分と、これらに連接して、通常、直
角に折れ曲る、折れ曲り部とから形成してもよい。　こ
のときには、抵抗値が高くなるので、感度が上昇する。

この場合、各強磁性薄膜３の検知部分３１は、基板２上
に、多数等間隔に配置される。

この場合、各強磁性薄膜３，３．・・・は、第１図、第
４図、第５図に示されるように、検知部分３１，３１．
・・・ないしその直線部分が、互いに平行になるように
配列されることが好ましい。

このとき、直線部分と直角な方向の信号磁化のパターン
を、有効に検知できる。

なお、場合によっては、第６図に示されるように、直線
部分を一直線上に配列することもできる。　このときに
は、信号磁化がパターンと直角に配列されているときに
有効である。

あるいは、強磁性薄膜３は、磁気スケールの着磁信号列
の長手方向に沿って、連続的に形成される。

そして、その長手方向に沿って、強磁性薄膜３を、交互
にかつ等間隔に、検知部分３１および電極部分３５とし
て機能する連結部分とする。

このようなときには、抵抗値変化用の微弱電流は、強磁
性薄膜３の両端部に印加すればよく、電流供給源と一対
のみのリードによって接続すればよいので、製造および
取り扱いが容易となる。

このような場合、細条状の検知部分３１は、第７図に示
されるように、直線状をなしていてもよい。

第７図に示される例では、この直線部分からなる検知部
分３１は、−直線上に配列されている。　そして、電極
部分３５が、検知部分３１の間隙をうめて直線状の連続
薄膜を形成し、かつ直線状の強磁性薄膜３の長手方向に
対し、電極部分３５が外方に直角に延長（図示では一方
向）するようにされている。

このようなときには、磁気スケールの信号磁化がパター
ン長に対し直角に配列されているようなとき有効である
。

他方、第８図に示される例では、直線状をなす検知部分
３１を、強磁性薄膜３の長手方向と直角に、相互に平行
に配している。

そして、この検知部分３１の間隙をうめて。

強磁性薄膜３が連続薄膜を形成するように、電極部分３
５が配されている。　この場合も、電極部分３５は、強
磁性薄膜３の長手方向に対し直角に延長され、かつ配置
上の問題から交互に他方向に延長されている。

このような場合には、磁気スケールの信号磁化がパター
ン長に対して平行に配列されるようなとき有効である。

あるいは、第８図の例において、第９図に示されるよう
に、１つまたは２つ以上の直線部分と、これらに連接し
て、通常、直角に折れ曲る折れ曲り部とから形成しても
よい。

このときには、抵抗値が高くなるので、感度が上昇する
。

このような各場合、強磁性薄膜３は、検知部分３１の抵
抗値と、検知部分３１の細条中Ｃとから、１００〜４０
００人、特に２００〜２０００人の厚さとされる。

検知部分の抵抗値は、２０〜２０００にΩ、特に５０〜
１００ＫΩ程度とされるが、細条中Ｃは、２〜１１００
ｐ、特に５〜５０　ｇ　ｍ程度としないと製造が困難と
なり、このとき厚さは上記の値となるからである。

なお、検知部分３１の細条長さは、０．１〜５０ｍｍ、
特に０．２〜５＋ｍ＋＊が好適である。

このような強磁性薄膜３は、底部平坦面から、凸部２５
のテーパー面、頂面およびテーパー面を経て、底部平坦
面に亘って形成されることが好ましい。

そして、その検知部分３１は、凸部２５の平坦頂面上に
形成される。　また、電極部分３５は、通常、底部平坦
面上に形成され、この平坦面上にて、リード体とワイヤ
ポンディング、ハンダ付等によって接続する。

なお、図示のように、検知部分３１が底部平坦面まで延
長されていても、逆に電極部分３５が頂面まで延長され
ていてもよい。

なお、このような強磁性薄膜３を主検知用の強磁性薄膜
とし、さらにこの他、副検知用の強磁性薄膜（図示せず
）が存在してもよい。

この副検知用の強磁性薄膜は、やはり上記の主検知用の
強磁性薄膜と同じ組成をもち、上記と同様のパターンに
て、上記のようなサイズとされる。

副検知用の強磁性薄膜は、１つのみであってもよいが、
通常は、主検知用の強磁性薄膜と対応した数だけ設けら
れ、通常、互いに平行に配列される。　この場合、これ
らの間隔は任意であってよいが、通常は、上記の主検知
用の強磁性薄膜と同一とされる。

なお、副検知用の強磁性薄膜は、他の基板上に別途配列
されてもよく、基板２の裏面ないし側面に配列されても
よく、基板２の主検知用強磁性薄膜形成面に、種々の態
様で配列されてもよい。

基板２の表面に配列される場合には、主検知用の強磁性
薄膜と互いちがいに配列されたり、主検知用の強磁性薄
膜と直列に配列されたりするなどが可能である。

これら副検知用の強磁性薄膜は、主検知用の強磁性薄膜
３，３．・・・とブリッジを組んだり、ともに比較器に
入力したりして、抵抗の温度係数補償用や外部磁場のキ
ャンセル用に用いられ、このとき、検出精度が向上する
。

このような強磁性薄膜は、スパッタリング、真空蒸着、
ＣＶＤ等の気相における被着形成法などによって形成さ
れる。

この場合、薄膜３には、磁気異方性を付与して検知能を
高めることが好ましいので、基板２面方向、特に検知部
分３１長手方向に磁場を印加しながら、気相被着を行う
ことが好ましい。

なお、各主検知用および副検知用の強磁性薄膜の、等間
隔に配置された検知部分は、同一サイズであることが好
ましい。

さらに、電極部分３５上には、必要に応じ、Ａｕ、Ｃｕ
、Ｎｉ　、Ａｌ、Ｔｉあるいはこれらの合金等からなる
電極層４５を積層することが好ましい。　これにより、
リード体との接続強度が向上し、オーミック性が良好と
なる。

また、基板２の表面上の強磁性薄膜３，３゜・・・上に
は、絶縁性の保護層５が形成されることが好ましい。

この保護層５は、ｌＯ〜ｌｏ００ｐｍの厚さとされる。

　そして、リード体の接続部分は、図示のように露出す
るようにされる。

保護層５としては、特に鉄−ニッケル合金製強磁性薄膜
を用いるとき、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニ
ウム等が好適であり、これにより寿命が向上する。

このように構成される読みとり部分は、各強磁性薄＄　
３　、３　、・・・にリード体が接続される。

リード体は、通常、各種金属等から形成される。

そして、リード体と強磁性薄膜３，３．・・・の接続は
、通常、電極層４５を介し、ハンダ付等によって接着さ
れたり、ワイヤポンディングされたりして行われる。

そして、これらは所定のケーシング中に収納されたり、
樹脂モールドを施されて一体化される。

°このようなディテクタｌは、磁気スケール（図示せず
）に沿ってスライドするように構成される。

この場合、磁気スケールの構造、材質等には制限はなく
、公知のものはいずれも使用可能である。

このような場合、磁気スケールの着磁間隔をｂとしたと
き、検知部分の間隔ａは、機械的なバーニヤと同様ｂ・
　（ｎ±１）／ｎとされる。

そして、検知部分は、ｎ個等間隔に設けられる。

なお、ｎは通常５〜２０とされ、また通常の磁気スケー
ルの着磁間隔は２０〜５００　ｇｒａ程度とされるので
、ａは２０〜５００　ｇｍ程度とする。

このようなディテクタｌを用いて長さの＃足を行うには
、通常、以下のようにする。

すなわち、一般に、端部の検知部分３１をＯ目盛とする
。　そして、０目盛の検知部分における、測長距離のス
ライドにともなう磁気抵抗変化の回数をカウントする。

同時に、測長距離最終端における全検知部分の抵抗変化
を比較して、何目盛目が最大であるかを検出する。

これら２つの信号を総和することにより、通常のバーニ
ヤと同様の精密測定が可能となる。

■　発明の具体的作用効果 本発明によれば、バーニヤ機能を有するディテクタを用
いるので、磁気スケールの精密読みとりができ、精密測
定が可能な距離センサが実現する。

しかも、磁気抵抗効果を利用したディテクタであるので
、きわめて高感度化し、しかも誤差が少ない。

【図面の簡単な説明】 第１図および第２図は、本発明のディテクタの例を説明
するための図であり、このうち第１図が平面図、第２図
が第１図のＩＩ　−ＩＩ線切断端面図である。 第３図は、本発明のディテクタの他の例を示す断面図で
ある。 第４図、第５図、第６図、第７図、第８図および第９図
は、それぞれ、本発明のディテクタの別の例を説明する
ための平面図である。 １　・・・・・・　ディテクタ。 ２　・・・・・・　基板。 ２５　・・・・・・　凸部。 ３　・・・・・・　強磁性薄膜。 ３１　・・・・・・　検知部分。 ３５　・・・・・・　電極部分。 ４５　・・・・・・　電極層。 ５　・・・・・・　保護層。 ａ　・・・・・・　検知部分の間隔。 ｂ　・・・・・・　磁気スケールの着磁間隔出願人　テ
ィーディーケイ株式会社 代理人　弁理士　石　井　陽　− 第１図 第３図 ン 第４図 −ａ−一 第５図 Ｗ　ａ　＋ 第６図 Ｗ　ａ　＋ 第７図 ）？−１）７１ 第８図 一 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （Ｌ）　’ｉ９間隔に−Ｅｍされた磁気スケールと、こ
   の磁気スケールの着磁信号列を読みとるディテクタとか
   らなる距離センサにおいて、ディテクタか、多数の強磁
   性薄膜の検知部分を、磁気スケールの着磁間隔とは異な
   る間隔にて、等間隔に配置してなる検出部を基体上に設
   けてなることを特徴とする距離センサ。 （２）　磁気スケールの着磁間隔をｂとし、ディテクタ
   の検知部分の間隔をａとしたとき、ａ＝　ｂ　＠　（ｎ
   ＋　１）／ｎ　（ただしｎは整数）である特許請求の範
   囲第１項に記載の距離センサ。 （３）　側端の検知部分をＯ目盛とし、Ｏ目盛の検知部
   分の抵抗変化と、全検知部分の抵抗変化の対比とを検出
   し、磁気スケールの着磁信号の精密測定を行うように構
   成した特許請求の範囲第１項または第２項に記載の距離
   でンサ。 （４）　基体η）、表面の一部に凸部を有し、この凸部
   頂面上に、強磁性薄膜の検知部分を設け、凸部頂面以外
   の領域に位置する検知部分と、リード体とが接続するよ
   うに構成される特許請求の範囲第１項ないし第３項のい
   ずれかに記載の距離センサ。 （５）　凸部が、平担な頂面と、この頂面と底部平坦面
   とに連接するテーパー面とからなる特許請求の範囲第１
   項ないし第４項のいずれかに記載の距離センサ。 （６）　テーパー面と底部平坦面および頂面との連接部
   が１曲率をもつ特許請求の範囲第１項または第５項に記
   載の距離センサ。 （７）　検出部が、多数の強磁性薄膜の検知部分と、基
   板表面のほぼ全域に亘って設けられる保護層とから１２
   、特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載
   の距離センサ。 （８）　検出部が、強磁性薄膜の検知部分の両端部上に
   設けられ、リード体との接続部に介在する電極層を有す
   る特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載
   の距離センサ。 （９）　強磁性薄膜の厚さが、１００〜４０００人であ
   る特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記載
   の距離センサ。 （１０）　強磁性薄膜が、細条状の検知部分を有し、こ
   の検知部分の細条中が、２〜ｌｏｏｐｍである特許請求
   の範囲第１項ないし第９項のいずれかに記載の距離セン
   サ。 （１１）検知部分の細条が、直線状をなし、各検知部分
   の細条を互いに平行に等間隔に配列してなる特許請求の
   範囲第１項ないし第１θ項のいずれかに記載の距離セン
   サ。 （１２）　検知部分の細条が、直線部分を有し、各検知
   部分の直線部分を一直線上に等間隔に配列してなる特許
   請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれかに記載の距
   離センサ。 （１３）　強磁性薄膜が、ニッケルー鉄合金からなる特
   許請求の範囲第１項ないし第１２項のいずれかに記載の
   距離センサ。 （１４）　各検知部分の細条が、互いに分割されている
   特許請求の範囲第１項ないし第１３項のいずれかに記載
   の距離センサ。 （１５）　各検知部分の細条が、互いに連結部分にて接
   続されている特許請求の範囲第１項ないし第１３項のい
   ずれかに記載の距離センサ。