JPS62245916A - 磁気エンコ−ダ用磁気ヘツドの原点検出部 - 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
ッドの原点検出部に関する。

（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橿、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ＮｉとＳ極が第２図の１ｂ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、磁気ヘッドをスケールに
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
定電流駆動方式は定ｉｔ流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素子と固定抵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
量又はこれと相間々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、リニアエンコーダであれロータリーエンコー
ダであり、スケール１には磁気目盛（１ｂ）の外に電源
投入時の絶対位置ｖａ認その他の理由により、第２図に
（１ａ）で示す原点位置検出パターンが必要で、これは
別のトラックに所定の幅Ｗで着磁されたＮ極又はＳｌｉ
からなる。一般には原点位置検出パターン（１ａ）は幅
ＷのＮ極又はＳ極の単極着磁で行なわれる。

そして磁気ヘッドには、磁気目盛（１ｂ）を読み取るセ
ンサ一部の外に原点位置検出パターン（１ａ）を読みと
って原点位置を検出する原点検出部が必要である。

従来、原点検出部は２本のＭＲ素子Ｍｌ９Ｍ２を並列に
配置し、第５図に示す如く接地端子（ＧＮＤ）−Ｍ、−
Ｍｌ−電源電圧端子と結線してＭ。

−Ｍ　ｔの結線部より出力をとるものが知られている。

この検出部に原点位置検出パターン（１ａ）が接近し、
そして遠ざかると、出力は第６図の（１）図の如き変化
を示す、この出力を矩形波変換回路にて第６図の（２）
図のような最終原点信号を得るわけである。

通常この矩形波変換回路では二つのしきい電圧ＶＳＮ＋
　ｖｓＬを用いて矩形波変換を行っている。原点原信号
がＶ□より高くなったとき矩形波を高レベルに、また原
点原信号がＶＳＬより低くなったとき矩形波を低レベル
にする。■、とＶＩＬに差を持たせる理由は、ＶＳＸと
ｖｌを同じ電位にすると原点原信号が’／ｌ＋より高く
なった後に本来はまだＶＳＸより高いのにノイズの混入
でＶＩＬより低くなりその後ふたたびＶ。より高くなる
ということで原点信号が複数発生するので、■、とＶＩ
Ｌに差をもうけてただ１つの原点信号が得られるように
するためである。

従来の原点信号は第６図のｉｌ１図に示すように左右非
対称であるために、第５図に示す原点位置検出パターン
が左方から近づく場合（仮に正転時とする）と、右方か
ら近づく場合（逆転時）とで第６図の（２１図と（３）
図に示すように最終原点信号の巾Ｐ１及びＰ２が互いに
異なり、原点信号の位置が不明確になるので、原点原信
号のＶ□とｖｓＬ付近の波形は左右対称にしなければな
らない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明が解決しようとする問題点は、第１には原点信号
のパルス幅Ｐが移動方向によって異なる点にある。第２
には原点原信号のファーストピーク（Ｐ□）の高さが低
い点にある。ファーストピーク（Ｐ□）の高さが低いと
、増幅回路で増幅する場合、増幅率を上げねばならず、
そうすると増幅回路の機能する最大限界周波数が低下し
、その結果スケールと磁気ヘッドとの相対移動量が高速
で変化した場合、測定不可能となる。これを高速応答性
が悪いという。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、１個のブロックがｎ本（ｎは正の整数）の磁
気抵抗効果素子からなるブロックＢ　ｌ　＋Ｂ　ｔ、　
Ｂ　ｓ、Ｂ　ａの合計４個をＢ　ｌ＋　Ｂ　！＋　Ｂ　
’ｓ、　Ｂ　ａの順に幾何学的に並列に配置し、前記ブ
ロックＢ、とＢ７とを結線して第１直列回路を形成し、
ブロックＢ、と８４とを結線して第２直列回路を形成し
、両回路を並列に結線してブリッジ回路を形成し、前記
第１、第２直列回路の両端にそれぞれ電源電圧を印加し
、第１直列回路の結線部から第１出力信号を取り、第２
直列回路の結線部から第２出力信号をとり、かつ前記第
１出力信号と第２出力信号との差をとる差動回路を設け
たことを特徴とする磁気エンコーダ用磁気ヘッドの原点
検出部を提供する。

つまり、本発明では、前記ブロックを ８１Ｂ　ｔ　　Ｂ　ａ　　Ｂ　ｓ　　の如く直列に結線
して環状回路を形成し、Ｂ、−Ｂｔの結線部を第１結線
部、ＢＳ−８４の結線部を第２結線部、Ｂ４−８．の結
線部を第３結線部及びＢｓ−Ｂ、の結線部を第４結線部
と呼ぶとき、第１結線部から第１出力信号を取り、第２
結線部と第４結線部のいずれか一方から電源電圧端子を
他方から接地端子を取り、第３結線部から第２出力信号
をとる。

前記ブロックＢ、とＢｔとの間隔をｘ　１．、　Ｂ　ｔ
とＢ３との間隔をＸｚ、Ｂｉ　とＢ４との間隔をＸ、と
し、磁気スケールの原点位置検出パターンの幅をＷとす
るとき、本発明の原点検出部は、であることが好ましい
。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

（実施例） 本例の原点検出部はｎｗｌの例であり、第１図に示すよ
うに、線幅１０〜２０μｍのＭＲ素子１本で１つのブロ
ックを構成させ、４個のブロックＢ、〜Ｂ４を左からＢ
＋、Ｂｘ、Ｂｓ、Ｂａの順に幾何学的並列に配置した。

各ブロックの間隔ｘ１〜Ｘ。

は、スケールの原点位置検出パターン（１ａ）の幅をＷ
（例えばＷ−５０〜２００μｍ）とするとき、全て２Ｗ
とした。尚、Ｗは目盛（１ｂ）の間隔λと等しくしであ
る。

各ブロックは第１図に示すように Ｂ＋　　　Ｂａ−Ｂｎ−Ｂｓ　　の如く直列にアルミニ
ウム（ＡＩ）で結線して環状回路を形成し、Ｂ＋−Ｂｔ
の第１結線部（Ｌｌ）から第１出力（−）を取り出し、
Ｂｇ−Ｂａの第２結線部（Ｌ、）から接地端子（ＧＮＤ
）を取り出し、８４　　ＢＳの第３結線部（Ｌ］）から
第２出力（＋）を取り出し、Ｂａ　　Ｂ＋の第４結線部
（Ｌ、）から電源電圧端子を取り出す。

この原点検出部を作成するには、非磁性基板の上に例え
ば０．２〜５μの膜厚のアルミニウム（八ｋ）その他の
導電材料を一面に蒸着した後、ホトリソグラフィーによ
り第１図に示すパターンにバターニングして結線パター
ンを形成し、次にその上にＭＲ素子材料、例えばＮｉ　
Ｆｅ合金又はＮｉ　Ｃｏ合金を０．００１−１ｕの厚み
に一面に蒸＃１）−シｋ　　Ｊ−Ｌ　＋Ｉ　＋Ｉ　Ａ’
二つ、＋シトｈ倍１Ｆｌ−墨すパターンにバターニング
して、４個のＭＲ素子（４個のブロック８１〜Ｂｇ）を
形成する。これにより原点検出部が完成する。

そして原点検出部の出力端子に差動増幅回路２を介して
矩形波変換回路３を取付ける。第７図はこの回路図であ
る。

この原点検出部に原点位置検出パターン（１ａ）が第１
図の左方より近接し右方に遠ざかって行くと、ブロック
Ｂ１→ＢオーＢ、→Ｂ４の順に磁化されて行く、このと
きブロックＢ、の抵抗値は、第８図の＋１１図に示すよ
うに、同じくブロックＢ２のそれは（２）図、同じくブ
ロックＢ、のそれは（３）図、同じくブロックＢ４のそ
れは（４）図に示すように変化する。いずれも変化曲線
は２つのピークを持ち、ピークとピークとの間隔は、原
点位置検出パターン（ｌ　ａ）の幅Ｗの２倍になる。

そして、ブロックＢ１とＢ、が直列に結線され、その両
端は電源電圧端子と接地端子（ＧＮＤ）に接続されてい
るので、Ｂ　＋　　Ｂ　ｔの第１結線部（Ｂ＋）からの
第１出力信号の電位は、Ｂ、とＢ８の抵抗変化率の差に
等しい電位となって出力され、第８図の（５）図の如く
なる。同様にしてＢ３−Ｂ。

の第３結線部（Ｌ３）からの出力信号の電位は第８図の
（６）図の如くなる。

上記の二つの出力信号の電圧差は、差動増幅回路２で差
をとると共に増幅され、この回路２の出力は第８図の（
７）図に示す如き変化を示す。この出力信号のファース
トピーク（Ｐｃｔ）は対称性がよい、従って、この出力
信号を矩形波変換回路３で処理すると、第７図の出力端
子４には、第８図の（８）図に示す如き矩形波の原点信
号が現われるが、原点信号のパルス幅Ｐｉは逆転時でも
変わらない。

また、従来のものに比較し、原信号のファーストピーク
（Ｐ□）の高さが２倍となるので差動増幅回路２の増幅
率は、従来のもののＡですむため、高速応答性が良くな
る。

尚、本実施例でセカンドピーク（Ｐｃｔ）　’ｆｃ”ｌ
ｌニ低下させるには原点位置検出パターン（１ａ）の幅
Ｗを修正することにより第８図の（１１図の２つのピー
クの裾野の間隔を４ｗに近づければよい。

（発明の効果） 以上の通り、本発明によれば、ファーストピーク（Ｐ□
）の対称性が良いので、スケールと磁気ヘッドとの相対
的な移動方向が正方同一逆方向と変っても、パルス幅Ｐ
に変化がない、また、従来のものに比ベファーストビー
ク　（ＰＫＩ）の高さを２倍とすることができるので、
増幅率が２ですみ、高速応答性の良い磁気ヘッドが可能
となる。

〔主要部分の符号の説明〕

１ａ・・・・・・原点位置検出パターン１ｂ・・・・・
・磁気目盛 ｌ　・・・・・・磁気スケール ２　・・・・・・差動増幅回路 ３　・・・・・・矩形波増幅回路 ４　・・・・・・原点信号出力端子 り、・・・・・・第１結線部　　　Ｌ８・旧・・第２結
線部り、・・・・・・第３結線部　　　Ｌ４・旧・・第
４結線部ｖ０・・・・・・高レベルのシキイ電圧■、Ｌ
・・・・・・低レベルのシキイ電圧Ｂ＋　−８４・・”
　石広々（オドを朽しづ１壬）口・・フ電漏電三オー出
力（−）ＣｒＮＤ　　　　ｆ２出力（＋）第１図 Ｊｂａ碍と７に　誦シ　〔悴〕 石は　場　（Ｏｃ〕 第５図 ＣｒＮＤ　　　出力　　電ｊ原を底 筒５図 第６図 第７図 Ω−氾−知−吃曽

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１個のブロックがｎ本（ｎは正の整数）の磁気抵抗効
   果素子からなるブロックＢ＿１、Ｂ＿２、Ｂ＿３、Ｂ＿
   ４の合計４個をＢ＿１、Ｂ＿２、Ｂ＿３、Ｂ＿４の順に
   幾何学的に並列に配置し、前記ブロックＢ＿１とＢ＿２
   とを結線して第１直列回路を形成し、ブロックＢ＿３と
   Ｂ＿４とを結線して第２直列回路を形成し、両回路を並
   列に結線してブリッジ回路を形成し、前記第１、第２直
   列回路の両端にそれぞれ電源電圧を印加し、第１直列回
   路の結線部から第１出力信号を取り、第２直列回路の結
   線部から第２出力信号をとり、かつ前記第１出力信号と
   第２出力信号との差をとる差動回路を設けたことを特徴
   とする磁気エンコーダ用磁気ヘッドの原点検出部。 ２　前記ブロックＢ＿１とＢ＿２との間隔をｘ＿１、Ｂ
   ＿２とＢ＿３との間隔をｘ＿２、Ｂ＿３とＢ＿４との間
   隔をｘ＿３とし、磁気スケールの原点位置検出パターン
   の幅をｗとするとき、 ｘ＿１が７／４ｗ＜ｘ＿１＜９／４ｗ ｘ＿２が７／４ｗ＜ｘ＿２＜１３／４ｗ ｘ＿３が７／４ｗ＜ｘ＿３＜９／４ｗ であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の原
   点検出部。