JPS62100609A - 磁気式ロ−タリエンコ−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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁気式ロークリエンコーダに係り、特に再生ヘ
ッドに磁気抵抗効果素子を用いた原点付きの磁気式ロー
タリエンコーダに関する。

〔従来の技術〕

この種の原点付き磁気式ロータリエンコーダの従来例を
第６図に示す。第６図（ａ）は磁気式ロークリエンコー
ダの概略構成を示す斜視図、第６図（ｂ）はその平面図
であって、１はドラム、２は回転軸、３は磁化パターン
、４は基準磁極部、５．５′　は第１の磁気ヘッド、６
は第２の磁気ヘッドである。

磁性材料からなるドラム１は、図示せぬモータ等によっ
て回転軸２を中心として回転自在であって、その周面に
は磁気記録技術によって磁化パターン３と基準磁極部４
が着磁されている。第１および第２の磁気ヘッド５．５
’　、６は、Ｎｉ−Ｆｅ膜等からなる磁気抵抗効果素子
（以下これをＭ　Ｒ素子という＞５ａ、５′　ａ、６ａ
とそれらの両端に接続されたＡＪ′ｖ！、等からなる電
極部５ａ、５’ａ、５ａとから概略構成されており、各
電極部５ｂ、５’　　ｂ、６ｂは信号処理を行う電子回
路部（図示せず）に接続されている。

第７図は、上記磁化パターン３および基準磁極部４の着
磁状態を示す説明図である。同図に示すように、磁化パ
ターン３は、Ｎ、Ｓ、Ｓ、Ｎ、Ｎ。

Ｓ、Ｓ、Ｎ、・・・・・・の如く隣り合う磁極対が逆極
性になるように等ピッチ間隔で連続形成され、一方、基
準磁極部４はこの磁極パターン３の上方に当該磁極パタ
ーン３の１分割分のみ着磁されている。

従って、磁極パターン３における磁界は、分割の境界に
おいて隣り同志で互いに反発し合い、磁束の幅が狭くな
っているのに対し、基準磁極部４における磁界は、１分
割のみの着はであるため磁気的な反発は起こらず、磁束
の幅は磁極パターン３に比べてかなり広がったものとな
る。

このように着磁配列されたドラム１に対して、上記第１
の磁気ヘッド５．５′　は、それぞれの磁路方向が回転
軸２と直交するようにＭｌ　１％パターン３に対向して
配置されると共に、磁極パターン３の各磁極ピッチに対
して１／４ピツチだけ位相がずれるように配置されてい
る。従って、ドラム１が回転すると、画筆１の磁気ヘッ
ド５，５′　からは９０度位相差をもつ信号、すなわち
ｓｉｎ波とｃｏｓ波が出力される。一方、上記第２の磁
気ヘッド６も、その磁路方向が回転軸２と直交するよう
に基準磁極部４に対向して配置され、ドラム１の１回転
につき１つの山形のパルスを出力する。

このように構成された磁気式ロークリエンコーダにあっ
て、ドラム１が所定方向に回転すると、第１の磁気ヘッ
ド５．５′から９０度の位相差をもつ連続的なｓｉｎ波
（以下これを人相という）とｃｏｓ波（以下これをＢ相
という）とが出力され、これらに増幅・横波・整合など
の処理を行うことによりインクレメンタルパルスが得ら
れ、ドラムｌの変位置と回転方向が検出される。一方、
第２の磁気ヘッド６からは、ドラム１の１回転につきイ
ンクレメンタルパルスの１個分に相当するシングルパル
スが出力され、これにアナログ処理を行うことにより原
点位置のための基準パルスが検出される。

第８図は、この時のインクレメンタルパルスと１ｍパル
スとの関係を示すタイムチャートであり、説明を簡略化
するためにインクレメンタルパルスはＡ相のみを表示し
である。同図に示すように、インクレメンタルパルスの
パルス幅は幅狭であるのに対し、基準パルスのパルス幅
はかなり幅広になっている。これは、前述したように、
磁化パターン３の磁界の広がりに対して基準磁極部４の
磁界の広がりがかなり広くなっているからであり、その
結果、例えばドラム１の正転時に図中Ｃで示す位置にあ
ったインクレメンタルパルスの原点位置が、ドラム１の
逆転時は図中Ｅで示す位置に変わり、ドラム１の回転方
向によって原点位置に誤差を生じるという欠点があった
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような欠点は、そもそも基準磁極部４を磁化パター
ン３０１分割分と同一長さにＭＭしたことによるもので
あって、基準磁極部４０周方向における着磁長さを磁化
パターン３の１分割分よりも小さく設定できれば、その
磁界の広がりも磁化パターン３と同程度に狭くなり、原
点位置の誤差もなくなる。しかしながら、近年の分解能
の高い磁気式ロークリエンコーダ、特にドラム１の一回
転につき５００パルス以上の高パルスを発生する高分解
能の磁気式ロータリエンコーダにあっては、磁化パター
ン３の１分割当たりの着磁長さが非常に小さくなってい
るため、基準磁極部４の着磁長さをそれよりもさらに小
さくすることは実際上指めて困難なことであった。

従って、本発明の目的とすることは、上記従来技術の欠
点を除き、ドラムの回転方向の違いによって原点位置に
誤差を生じることのない磁気式ロータリエンコーダを提
供する。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、周方向に等ピッ
チで連続形成された正弦波状磁化パターンならびにこの
磁化パターンの領域外に形成された基準磁也部とを有す
る回転自在なドラムと、少なくとも磁気抵抗効果素子を
有し前記磁化パターンと対向する第１の磁気ヘッドと、
少なくとも磁気抵抗効果素子を有し前記基準磁極部と対
向する第２の磁気ヘッドとを備え、前記ドラムの回転運
動による前記磁化パターンおよび基準磁極部の位置変化
を、前記第１および第２の磁気ヘッドに誘起される起電
力の出力変化に基いて検出する磁気式ロータレエンコー
ダにおいて、前記第１の磁気ヘッドをその磁路方向が前
記ドラムの回転軸と直交するように配置するとともに、
前記第２の磁気ヘッドをその磁路方向が前記ドラムの回
転軸と平行になるように配置したことをその特徴とする
ものである。

〔作用〕

基１！磁極部と対向する第２の磁気ヘッドは、その磁路
形成面がドラムの回転軸と平行になるように配置されて
いるため、第２の磁気ヘッドのＭＲ素子は、基準磁極部
の中心がＭＲ素子と対向してＭＲ素子の磁路方向と平行
な磁界成分が零となった時に、基準磁極部の磁界を検知
しな（なる。この状態は、Ｍ　Ｒ素子の膜厚によって決
まるため時間的に極めて短いものであり、そのため第２
の磁気ヘッドからは、中央に急峻な落ち込み部を有する
山型の波形が得られ、この波形を信号処理することによ
って、第１の磁気ヘッドから検知されるインクレメンタ
ルパルスのパルス幅と同等もしくはそれよりも幅狭な基
準パルスが得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面について説明する。

第１図（ａ）は本発明の実施例に係る磁気式ロータリエ
ンコーダの斜視図、第１図（ｂ）はその平面図であり、
従来例と対応する部分には同一符号を付けである。

この実施例が従来例と異なる点は、基準磁極部４と対向
する第２の磁気ヘッド６の配置方向にある。すなわち、
第２の磁気ヘッド６のＭＲ素子６ａは、その膜面の長手
方向が回転軸２と平行になるように、換言すると磁路方
向が回転磁気２と平行になるように配置されている。一
方、第１の磁気へ゛ラド５，５′の各ＭＲ素子５ａ、５
′　ａは、従来例と同様に、その膜面の長手方向が回転
軸２と直交するように、換言すると磁路方向が回転軸２
と直交するように配置されている。

第２図は、上記第２の磁気ヘッド６のＭＲ素子６ａが検
出する磁界の変化を示す説明図であって、図中縦軸は石
ｎ界Ｈの大きさを、横軸はＭＲ素子６ａと基準磁極部４
との距離ｄをそれぞれ示しており、基準磁極部４がＭＲ
素子６ａに近づく状態をｄ＜Ｑ、基準磁極部４がＭＲ素
子６ａに対向して最小距離となった状態をｄ＝０、基Ｙ
Ｊ磁掻部４がＭＲ累子６ａから遠ざかる状態をｄ＞Ｑと
して表している。通常、ＭＲ素子６ａが検知する磁界の
大きさは、基Ｙ＄磁極部４がＭＲ素子６ａに近づくにつ
れて大きくなるはずであるが、同図に示すように本実施
例では、中央に急峻な落ち込み部を有する山型の波形が
検出される。以下、その理由を第３図に基づいて説明す
る。

第３図（ａ）、　　（ｂ）は基準磁極部４の磁力線と第
２の磁気ヘッド６のＭＲ素子６ａとの関係を示す模式図
、第３図（ｃ）、　　（ｄ）は磁化パターン３の磁力線
と第１の磁気ヘッド５．５′のＭＲ素子５ａ、５’　　
ａとの関係を示す模式図であって、いずれもドラム１が
図中時計回り方向に回転している場合を示している。

すなわち、ドラム１の回転とともに基準磁極部４が第２
の磁気ヘッド６のＭＲ素子６ａに次第に近づき、基準磁
極部４の中心がＭＲ素子６ａと対向する位置にくると、
ＭＲ素子６ａに対する磁界の大きさは最大値を示す。し
かし、この場合、第３図（ａ）に示すように、磁力線の
ＭＲ素子６ａから外れた位置での磁界Ｈは、ＭＲ素子６
ａの膜面に対して所定角度傾きをもっているため、ＭＲ
素子６ａの膜面に対して平行な成分Ｈ，と垂直な成分Ｈ
８とに分解でき、ＭＲ素子６ａはその膜面に平行なＨＡ
酸成分磁界の大きさとして検出する。

これに対し、第３図（ｂ）に示すように、ＭＲ素子６ａ
と対向する点での磁界Ｈは、ＭＲ素子６ａの膜面と平行
な成分Ｆ（Ａ＝Ｏで垂直な成分Ｈ８のみからなるため、
この場合ＭＲ素子６ａは磁界を検知しなくなる。このよ
うにＨＡ＝Ｏとなるのは、磁界ＨがＭＲ素子６ａの膜面
と直交する間、換言するとＭＲ素子６ａの膜厚を相当分
であるが、ＭＲ素子６ａは薄膜構造であるため、）（Ａ
−０となる時間は極めて短いものとなり、このＨＡ”０
の状態が第２図における急峻な落ち込み部としてあられ
れる。

一方、磁化パターン３の磁界を検知する第１の磁気ヘッ
ド５．５′にあっては、そのＭＲ素子５ａ、５’　　ａ
の膜面が回転軸２と直交するように配置されているため
、磁化パターン３からの磁力線は、それが第３図（Ｃ）
に示すようにＭＲ素子５ａ、５’　　ａから外れた状態
であっても、第３図（ｄ）に示すようにＭＲ素子５ａ、
５’　　ａと対向する位置であっても、いずれの場合も
ＭＲ素子５ａ、５”　　ａの膜面に平行な成分Ｈ，をも
ち、この成分Ｈ５がＭＲ素子５ａ、５’　　ａに検知さ
れる。

これら任意点での成分Ｈ，は、ＭＲ素子５ａ。

５′ａの対向位置において最大値を示すため、ＭＲ素子
５ａ、５’　　ａは磁化パターン３の１分割ごとに山型
の波形と谷型の波形を交互に繰り返してｓｉｎ波（Ａ相
）またはＣＯ５波（Ｂ相）を出力し、これを波形整形す
ることによりインクレメンタルパルスが検出される。

第４図は、第２図の磁気ヘッド６から出力された上記波
形を信号処理して基準パルスを得るためのブロック図で
あって、７は増幅部、８は波形整形部、９はフリップフ
ロップ回路部、１０は反転回路部、１１はＡＮＤゲート
回路部である。

同図において、第２の磁気ヘッド６のＭＲ素子６ａから
検出された中央に急峻な落ち込み部を有する信号波形（
第２図参照）は、増幅部７に入力されてレベル的に増幅
された信号波形となる。この信号波形は波形整形部８に
入力され、その波形スライス作用により上部および下部
がカットされて一定のレベル内に収まった方形波となる
。この方形波はＤ型のフリップフロップ回路部９および
反転回路部１０にそれぞれ入力され、フリップフロップ
回路部９でゲート信号に整形されると共に、反転回路部
１０でＬレベルと１（レベルがそれぞれ反転される。そ
して、このようにフリップフロップ回路部９と反転回路
部１０とから出力された信号波形をＡＮＤゲート回路部
１０にそれぞれに入力すると、論理演算の結果、パルス
幅が極めて狭いシングルパルスが出力サレる。

従って、第５図に示すように、このシングルパルスを第
１の磁気ヘッド５，５′から得られるインクレメンタル
パルスと対応させることにより、イクレメンタメバルス
よりもパルス幅が狭い基準パルスを得ることができる。

このように、磁化パターン３の磁界の広がりに対して基
Ｙ＄磁極部４の磁界の広がりが広い場合であっても、基
準パルスノパルス幅ヲインクレメンタルパルスのそれト
同等もしくはそれ以下にできるため、ドラム１の正転ま
たは逆転に拘らずインクレメンタルパルスの原点位置は
一定、例えば図中り位置に設定され、原点位置に誤差を
生じることはなくなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、基準磁極部と対
向する第２の磁気ヘッドを、その磁路方向がドラムの回
転軸と平行になるように配置したため、第２の磁気ヘッ
ドを構成するＭＲ素子の膜厚に相応して中央に急峻な落
ち込み部を有する山形の波形が得られ、この波形を信号
処理することにより、第１の磁気ヘッドから検出される
インクレメンタルパルスと同等もしくはそれより幅狭な
基準パルスを得ることができ、従って、ドラムの回転方
向の違いによって原点位置に誤差を生じることのない磁
気式ロータリエンコーダを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の実施例に係り、第１図（
ａ）、　　（ｂ）は磁気式ロータリエンコーダの概略構
成を示す斜視図および平面図、第２図は第２の磁気ヘッ
ドが検出するＧｌ界の変化を示す説明図、第３図（ａ）
、　　（ｂ）は基！＃磁極部の磁力線と第２の磁気ヘッ
ドのＭＲ素子との関係を示す模式図、第３図（ｃ）、（
ｄ、）は磁化パターンの磁力線と第１の［ｆｉ気へ″ン
ドのＭＲ素子との関係を示す模式図、第４図は第２の磁
気ヘッドから得られる波形を信号処理するためのブロッ
ク図、第５図はインクレメンタルパルスと基準パルスと
の関係を示すタイムチＡ・−ト、第６図（ａ）、　　（
ｂ）は従来の磁気式ロークリエンコーダの概略構成を示
す斜視図および平面図、第７図は磁化パターンおよび基
準磁極部の着磁状態を示す説明図、第８図は第６図の磁
気式ロークリエンコーダから得られるインクレメンタル
パルスと基準パルスとの関係を示すタイムチャートであ
る。 １・・・・・・ドラム、２・・・・・・回転軸、３・・
・・・・磁化パターン、４・・・・・・基準磁極部、５
．５′・・・・・・第１の磁気ヘッド、５ａ、５′　ａ
・・・・・・磁気抵抗効果素子、６・・・・・・第２の
磁気ヘッド、６ａ・・・・・・磁気抵抗効果素子、７・
・・・・・増幅部、８・・・・・・波形整形部、９・・
・・・・反転回路部、１０・・・・・・フリップフロッ
プ回路、１１・・・・・・ＡＮＤゲート回路。 第３図 二：ロー５ａ　（５’ａ　／ 第４図 爪 第５図 ＡＩＥＣＤＥＦＧＨ 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 周方向に等ピッチで連続形成された正弦波状磁化パター
   ンならびにこの磁化パターンの領域外に形成された基準
   磁極部とを有する回転自在なドラムと、少なくとも磁気
   抵抗効果素子を有し前記磁化パターンと対向する第１の
   磁気ヘッドと、少なくとも磁気抵抗効果素子を有し前記
   基準磁極部と対向する第２の磁気ヘッドとを備え、前記
   ドラムの回転運動による前記磁化パターンおよび基準磁
   極部の位置変化を、前記第１および第２の磁気ヘッドに
   誘起される起電力の出力変化に基いて検出する磁気式ロ
   ータリエンコーダにおいて、前記第１の磁気ヘッドをそ
   の磁路方向が前記ドラムの回転軸と直交するように配置
   するとともに、前記第２の磁気ヘッドをその磁路方向が
   前記ドラムの回転軸と平行になるように配置したことを
   特徴とする磁気式ロータリエンコーダ。