JPS62192615A - 磁気エンコ−ダ用磁気ヘツド - 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、インクリメンタル型磁気エンコーダ用磁気ヘ
ッドに関する。

、（従来の技術） 磁気エンコーダは、スケールと磁気ヘッドから構成され
、スケールは板状、円盤状又は円筒状の磁気記録媒体に
磁気目盛（Ｎ極、Ｓ極）を着磁したもので、インクリメ
ンタル型とアブソリュート型がある。インクリメンタル
型では目盛としてのＮ極とＳ極が第２図に示すように等
間隔λで交互に繰り返し着磁されている。

磁気ヘッドは、スケールに着磁された目盛を読み取るも
のであり、基本的には磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素
子という）と電気回路とからなる。

ＭＲ素子は目盛であるＮ極又はＳ極が近づくと第３図に
示すように電気抵抗が低下し、磁気ヘッドとスケールに
接触させた状態で又は近接した状態で相対的に移動させ
ると、ＭＲ素子の抵抗が目盛に応じて変化し、そこを流
れる電流を一定にした場合、ＭＲ素子の両端間の電圧Ｖ
は、Ｖ＝ＩＲより抵抗Ｒの変化に応じて変化し、第４図
に示すような正弦波又はこれに類似する電圧信号（以下
、原信号という）が得られる。しかし、実際には、この
定電流駆動方式は電源の応答速度が遅いので、定電圧駆
動方式が用いられる。後者の場合には、例えばＭＲ素子
と固定を氏抗とを直列に連結する。

いずれにせよ、原信号の波の数はＮ極とＳ極の和に相当
するので、波の数を数えれば磁気ヘッドとスケールとの
相対的な移動量又はこれと相関関係にある物理量例えば
回転角が知れるのである。

ところで、２０個（ｎは正の整数）のＭＲ素子を１ブロ
ツクとし、４個のブロックを第５図（ｎ−１の例）に示
すように所定間隔で並列に基板上に配置して、これらの
ブロックを第６図に示す如く温度補償と感度を倍に上げ
るためにホイートストン・ブリッジを組むように電気的
に連結した磁気ヘッドが提案された。この場合、１個の
ブロック内の２個のＭＲ素子の間隔ｄ０は、各ブロック
で等しく、第１ブロックＢ、と第２ブロックＢ２との間
隔ｄ１□は（ｍ＋＋−）　λで、第２ブロツクＢｔと第
３ブロツクＢ３との間隔ｄＺ３は（ｍｚ＋　　　）λで
、第３ブロツクＢ３と第４ブロックＢ４との間隔ｄ、４
は（ｍ＊　＋　−”）　　λである。但し、ｍｌ、ｍｚ
及びｍ３は整数である。

そうして第６図に示す端子Ｔ、、−Ｔ、□間に一定の基
準電圧■９を印加しておいて、端子Ｔ、−Ｔ。

間の電圧を測定すると、第４図に示すような正弦波又は
これに類似する電圧信号（原信号）が得られる。

一般には後の処理を容易にするために、この信号を通常
増幅した後、シキイ電圧■、を基準にして矩形波変換回
路で矩形波信号に変換される。第７図は矩形波変換回路
の一例であり、一点鎖線で囲んだものが矩形波形変換回
路Ｃである。

ところで矩形波変換回路のうち、耐ノイズ性を上げるた
めにシキイ電圧Ｖ、を一定とせずに、原信号の立上り時
は高レベルのシキイ電圧ＶＳＨとし、原信号の立下り時
は低レベルのシキイ電圧ｖｓＬとするシュミット回路が
ある。

（発明が解決しようとする問題点） 従来、前記のシュミット回路を用いた場合にはエンコー
ダの測定精度が低いという問題点があった。

本発明が解決しようとする問題点は、このシュミット回
路を用いた場合に於ける測定精度の低さにある。

（問題点を解決するための手段） 上述の問題点の原因を探究するために、鋭意研究した結
果、従来の矩形波は１波おきにピッチ（周期）が異なり
、これが測定精度の低い１次原因であることが判明した
。

そこで何故従来の矩形波が１波おきにピッチが異なるの
かについて研究を進めたところ、それは原信号の山の高
さ及び谷の深さが１波おきに異なるところに第２次原因
があることを突き止めた。

つまり、第８図（１）に示すようにシキイ電圧■、が原
信号の立上り時に高レベル（■、ｌＩ）、立下り時に低
レベル（ｖｓＬ）、と変化する場合、原信号の山の高さ
及び谷の深さが１波おきに異なると、変換された矩形波
は第１０図（２）に示すように１つのピッチＰ３と隣り
のピッチＰ４とは異なり、Ｐ’ｒ　、Ｐａｏ、Ｐ３　、
Ｐ４　、Ｐ３　、Ｐ４−−−−と交互に続く。

そこで更に原信号の山の高さ及び谷の深さが１波おきに
異なる原因（第３次原因）について研究したところ、Ｍ
Ｒ素子がＮ極からＳ極へ近づくときと、Ｓ極からＮ極へ
近づくときとでは、電気抵抗が微妙に異なり、第９図に
示すようにヒステリシスを有することが原因であること
が判明した。

現在の技術ではヒステリシスを皆無にすることは困難で
ある。

このヒステリシスがあるため、得られる原信号は厳密に
言うと、第１０図に示すように山の高さ及び谷の深さが
１波おきに異なることになるのである。

本発明者らは鋭意研究の結果、ブロック内の２ｎ個のＭ
Ｒ素子を特定の間隔で配置することにより、ヒステリシ
スを見掛は上消去することができ、その結果波の高さ及
び谷の深さが揃った原信号を得ることができ、エンコー
ダの測定精度が向上することを見い出し、未発明を成す
に至った。

即ち、本発明は原信号の立上り時は高レベルのシキイ電
圧Ｖ３１１を基準にし立下り時は低レベルのシキイ電圧
ＶＳＬを基準にして原信号を矩形波に変換する場合にお
いて、スケールのＮ極とＳ極との間隔をλとするとき、
ブロック内の２ｎ個（ｎは正の整数）のＭＲ素子を特定
間隔ｄ（、＝（２ｕ−１）λで配置したことを特徴とす
る。

但し、Ｕは正の整数である。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

（実　施　例） これは２個（ｎ＝１）のＭＲ素子で１個のブロックを構
成した例であり、ブロック内のＭＲ素子はｄ。＝３λ　
（ｕ＝２）離した例である。４個のブロックは、互いに
二λ　（ｍ、＝ｍ、＝ｍ：＋＝０）離しである。尚、ｄ
ｏは（２ｕ−１）λであれば、全ブロックで一致してい
なくてもよい。

非磁性基板の上に０．２〜５μｍの厚みの導電材料例え
ばアルミニウムを一面に蒸着した後、ホトリソグラフィ
ーにより所定パターンにパターニングしてブリッジ用配
線パターンを形成した。

次いでその上にＭＲ素子材料例えばＮｉＦｅ合金、Ｎｉ
Ｃｏ合金を０．０１−１μｍの厚みに一面に蒸着した後
、ホトリソグラフィーにより第１図に示すパターンにパ
ターニングして、８個のＭＲ素子Ｍ＋〜Ｍｌｌ　（４個
のブロックＢ、−Ｂ、）を形成し、ブリッジを完成した
。

原信号の得られる端子に第７図に示すものと同じ増幅回
路及び矩形波変換回路を取付けて磁気ヘッドを完成させ
た。

この磁気ヘッドを、Ｎ極とＳ極が等間隔λ　（例えばλ
＝１０〜２００μｆｆ１）で着磁された磁気スケールの
上を相対的に移動させると、ブリッジから先ず正弦波又
はこれに類する波信号が得られるが、このとき第１１図
（１）に示すように山の高さ及び谷に深さがいつも等し
い信号が得られる。

そのため、シキイ電圧■、が原信号の立上り時は高レベ
ル（■、Ｎ）、立下り時は低レベル（ＶＳＬ）と異なっ
ても、変換される矩形波は第１１図（２）に示すように
１つの波のピッチＰ、と隣りの波のピッチＰ２とは等し
く　（Ｐ、＝Ｐ２）、いつも一定ピツチである。

（発明の効果） 以上の通り、本発明によれば、シキイ電圧■。

が原信号の立上り時と立下り時で異なる場合において、
エンコーダの測定精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例（ｕ＝２）に於けるＭＲ素子
の配置パターンを表わす概念図である。 第２図は、リニア磁気エンコーダのスケールの概念図で
ある。 第３図は、磁気目盛の磁場の強さとＭＲ素子の電気抵抗
の変化率との関係を示すグラフである。 第４図は、正弦波又はこれに類似する電圧信号の波形図
である。 第５図は、従来のＭＲ素子の配置パターンを表わす概念
図である。 第６図は、従来のＭＲ素子でブリッジを組んだ様子を示
す概念図である。 第７図は、磁気ヘッドの回路図である。 第８図は、従来の正弦波又はこれに類似する電圧信号と
矩形波信号との関係を示す説明図である。 第９図は第３図と同様のグラフである。 第１Ｏ図は第４図と同様の波形図である。 第１１図は、本発明の実施例に於ける正弦波又はこれに
類似する電圧信号と矩形波信号との関係を示す説明図で
ある。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｍ、−Ｍ、：磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）Ｂ、−Ｂ、
ニブロック Ｃ：矩形波変換回路 ｄｏ　ニブロック内のＭＲ素子の間隔 ｆ４ｚ　５１１ ｒｌ−１ｚ＝ＣＬ２Ｂ＝ｃＬ３４”＋λ　マ０＝３χＭ
１図 第２１凹 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １個のブロックが２ｎ個（ｎは正の整数）の磁気抵抗効
   果素子からなるブロック４個が並列に基板上に配置され
   、かつ該ブロックがホイートストン・ブリッジを組むよ
   うに電気的に連結されてなるセンサー部と、 前記ブリッジから得られる正弦波又はこれに類似する電
   圧信号を、該信号の立上り時は高レベルのシキイ電圧Ｖ
   ＿Ｓ＿Ｈを基準にし立下り時は低レベルのシキイ電圧Ｖ
   ＿Ｓ＿Ｌを基準にして矩形波電圧信号に変換する矩形波
   変換回路と、 を備えたインクリメンタル型磁気エンコーダ用磁気ヘッ
   ドに於いて、 スケールに着磁されたＮ極とＳ極との間隔をλとすると
   き、 前記ブロック内の各磁気抵抗効果素子を（２ｕ−１）λ
   （ｕは正の整数）の間隔ｄ＿０で配置したことを特徴と
   する磁気ヘッド。