JPWO2009116365A1 - 原点位置信号検出器 - Google Patents

Abstract

等間隔で着磁されたインクリメンタルトラック（３）と、原点位置を検出するための原点位置検出トラック（４）とを有する回転もしくはリニアスケール（１）と、上記スケールからの磁場を検出するための磁気センサ（５）とを備えた原点位置信号検出器において、原点位置検出トラックは、原点位置着磁部（１１）と、その両側に、同じ方向の磁化でそれぞれ１箇所以上に着磁されたサイド着磁部（１２）を有する。

Description

本発明は、磁気式ロータリーエンコーダ等の磁気式回転角センサ、及び磁気式リニアエンコーダ等の磁気式位置検出器において原点位置を検出する原点位置信号検出器に関する。

一般的な原点位置信号検出器を使用した例として、磁気式回転角センサがある。該磁気式回転角センサは、大きく分けて、例えばモータ等の回転軸に組みつけられその回転に応じて発生する磁界を変化させる回転ドラムと、変化する磁界を検出する磁気検出センサとを備える（例えば特許文献１）。

回転ドラムの外周面には、塗布、嵌め合い、接着等の方法により、磁石が設けられている。その検出トラックは、回転ドラムの回転角を検出するためのインクリメンタルトラックと、回転角検出用の原点位置を検出するための原点位置検出トラックとにより構成されている。

インクリメンタルトラックは、回転ドラムの一周を等間隔のピッチＰにて着磁されており、ピッチＰは、インクリメンタル信号検出に必要な一回転内の波数Ｗにより、Ｐ＝３６０°／Ｗの関係にて規定される。又、原点位置検出トラックは、回転ドラムの一回転に対して一つのパルス波形が生成されるように、一周内の一箇所だけが着磁されており、その着磁幅は信号処理方法に応じて適切に設定されている。

磁気検出センサは、回転ドラムのインクリメンタルトラック及び原点位置検出トラックにおけるそれぞれの着磁に応じて、複数のＡＭＲやＧＭＲ等の、磁気抵抗素子もしくは磁気抵抗素子アレイにより構成され、回転ドラムに対して一定の間隔で配置される。

このように構成される従来の磁気式回転角センサにおける一般的な原点位置検出信号の処理方法は、特許文献１の図３に示されるように、磁気抵抗素子が出力するアナログ信号を閾値電圧にてパルス波形に変換して、原点位置検出信号とする。
特開平５−２２３５９２号公報（特許第３１９５０１９号）

磁気検出センサとして一般に使用されるＡＭＲやＧＭＲ素子等の磁気抵抗素子は、温度上昇に伴い、その出力が減少するという物理的特性を持つ。例えばＡＭＲ素子は、概ね０．３〜０．５％／℃の割合で出力が低下することから、例えば２０℃から８０℃に周囲温度が上昇した場合、原点位置検出信号の出力は、１５〜２５％低下することになる。よって、原点位置検出信号を生成するための閾値電圧は、高温時のことを考慮して、極力低く設定する必要がある。又、回転ドラムに対する磁気検出センサの組付け誤差等の要因により、原点位置検出信号は増減するため、その分の余裕を持って上記閾値電圧を低めに設定する必要もある。

一方、磁気抵抗素子が出力するアナログ信号には、特許文献１の図３や図４に示すように、大きなピークの両側には、一つずつ小さいピークが存在する（以後、この両側の小ピークを「サイドピーク」と呼ぶ。）。よって、このサイドピークを原点位置検出信号として誤認させないため、閾値電圧は、サイドピークの高さよりも低く設定することはできない。さらに、閾値電圧の設定誤差や、上述した磁気検出センサの組付け誤差によるサイドピークの高さ変動も存在する。よって、サイドピークを考慮すると、閾値電圧は、サイドピークの高さに余裕分を加えて高めに設定する必要がある。したがって、現実的には、設計閾値電圧を極力低く設定することはできない。

又、低温時には、ＡＭＲやＧＭＲ素子の出力は逆に増大するため、サイドピークの出力値も高くなる。よってサイドピーク出力が、設定した閾値電圧を超えたときには、原点位置信号検出器は、サイドピークを検出し、原点位置の誤検出が発生する可能性がある。
以上のことから、サイドピークの出力を極力低く抑えることが、安定した原点位置信号検出にとって重要となる。

本発明は、上述したような課題を解決するためになされたもので、磁気式エンコーダにおける原点位置検出信号を従来に比べて安定して検出可能な原点位置信号検出器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における原点位置信号検出器は、変位量検出のため変位方向において等間隔で着磁された変位検出着磁部を有するインクリメンタルトラック、及び上記変位量検出の原点位置を検出させる原点位置着磁部を有する原点位置検出トラックを有する被検出部材と、上記インクリメンタルトラック及び上記原点位置検出トラックにおける磁場を検出する磁気センサとを備えた原点位置信号検出器において、上記原点位置検出トラックは、上記変位方向において上記原点位置着磁部の両側に、上記原点位置着磁部と同じ方向の磁化にて着磁されたサイド着磁部をさらに備えたことを特徴とする。

上記サイド着磁部は、上記原点位置着磁部の両側に同数で設けられてもよいし、上記原点位置着磁部に対して一定の隙間を介して設けられてもよい。

また、上記原点位置着磁部と、上記サイド着磁部とは、同じ着磁電流強度で着磁されてもよいし、異なる着磁電流強度で着磁されてもよい。

上記サイド着磁部は、上記原点位置着磁部から遠ざかるに従ってその着磁幅が狭くなるように構成してもよい。

上記原点位置着磁部と、上記サイド着磁部とは、インクリメンタルトラックの着磁に対して影響を及ぼさない相対位置に着磁されてもよい。

本発明の一態様における原点位置信号検出器によれば、原点位置検出トラックは、原点位置着磁部の両側にサイド着磁部を備えたことにより、磁気センサが出力するアナログ信号に付随して出現するサイドピークの出力値を低減させることができる。よって、原点位置検出信号を生成するための閾値電圧を低く設定できる。その結果、高温時における原点位置検出信号の検出安定性を向上することができるとともに、低温時におけるサイドピークが設定閾値電圧を超えることによる原点位置検出信号の誤検出を低減することができる。したがって、本発明の一態様における原点位置信号検出器によれば、磁気式エンコーダにおける原点位置検出信号を従来に比べて安定して検出可能である。

本発明の実施の形態１による磁気式回転角センサの概略構成を示す斜視図である。 図１に示す磁気式回転角センサにおいて、回転ドラムの回転に伴い、原点位置着磁部のみにより磁気抵抗素子の表面に掛かる磁束密度分布の時間変化、及びサイド着磁部のみにより磁気抵抗素子の表面に掛かる磁束密度分布の時間変化をそれぞれシミュレーションしたグラフである。 図１に示す磁気式回転角センサにおいて、原点位置着磁部のみにより磁気抵抗素子の表面に掛かる磁束密度分布の時間変化、並びに、原点位置着磁部及びサイド着磁部の両方により磁気抵抗素子の表面に掛かる磁束密度分布の時間変化をシミュレーションしたグラフである。 一般的な磁気抵抗素子であるＡＭＲ素子の一般的な感度曲線を示すグラフである。 図３に示す磁束密度分布の変化を図４に示すＡＭＲ素子の感度曲線に当てはめて、回転ドラムの回転に伴うＡＭＲ素子の抵抗変化率の変化に換算したものを示すグラフである。 本発明の実施の形態２による磁気式回転角センサの概略構成を示す斜視図である。 図３に示す原点位置着磁部及びサイド着磁部の両方により磁気抵抗素子の表面に掛かる磁束密度分布の時間変化、並びに、図６に示す磁気式回転角センサにおいて原点位置着磁部及び３つのサイド着磁部の両方により磁気抵抗素子の表面に掛かる磁束密度分布の時間変化をシミュレーションしたグラフである。 図７に示す磁束密度分布の変化を図４に示すＡＭＲ素子の感度曲線に当てはめて、回転ドラムの回転に伴うＡＭＲ素子の抵抗変化率の変化に換算したものを示すグラフである。 本発明の実施の形態３による磁気式位置検出センサの概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４による磁気式位置検出センサの概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態５において、原点位置着磁部及びサイド着磁部を個々に磁化した場合の、それぞれの着磁部から磁気抵抗素子の表面に掛かる磁束密度分布の時間変化をシミュレーションしたグラフである。 本発明の実施の形態５において、原点位置着磁部及びサイド着磁部を個々に磁化した場合にて、原点位置着磁部及びサイド着磁部の両方から磁気抵抗素子の表面に掛かる磁束密度分布の時間変化をシミュレーションしたグラフである。 本発明の実施の形態５において、図１２の磁束密度分布の変化を図４のＡＭＲ素子の感度曲線に当てはめて、回転ドラムの回転に伴うＡＭＲ素子の抵抗変化率の変化に換算したものを示すグラフである。 本発明の実施の形態６による磁気式位置検出センサの概略構成を示す斜視図である。 図１４に示す磁気式位置検出センサの変形例における概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 被検出部材、３ インクリメンタルトラック、３ａ 変位検出着磁部、
４ 原点位置検出トラック、５ 磁気抵抗素子、１１ 原点位置着磁部、
１２、１３，１４ サイド着磁部、１５ 回転方向、２０ 回転ドラム、
３４ サイドピーク、
５２ 被検出部材、５３ インクリメンタルトラック、５３ａ 変位検出着磁部、
５４ 原点位置検出トラック、５５ 磁気抵抗素子、６１ 原点位置着磁部、
６２、６３，６４ サイド着磁部、６５ 直動方向、
１０１〜１０４、１０６，１０７ 原点位置信号検出器。

本発明の実施形態である原点位置信号検出器について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１における原点位置信号検出器について、図１〜図５を用いて以下に説明する。

図１は、磁気式ロータリーエンコーダの内、磁気式回転角センサとして機能する、上記実施形態の原点位置信号検出器１０１の概略構成を示している。原点位置信号検出器１０１は、大きく分けて、被検出部材１と、磁気センサの機能を果たす一例である磁気抵抗素子５とを備える。
被検出部材１は、例えばモータ等の回転軸に相当する回転ドラム２０の外周面に、塗布、嵌め合い、接着等の方法にて取り付けられる磁石である。被検出部材１には、インクリメンタルトラック３と、原点位置検出トラック４とが回転ドラム２０の軸方向において上下２段に配置されている。

インクリメンタルトラック３は、変位量検出のため、変位方向において図の左から右へＳ→Ｎ極、Ｎ→Ｓ極の磁化方向となるように交互に等間隔で着磁された変位検出着磁部３ａを有する。尚、本実施形態では、上記変位量は回転角に相当し、上記変位方向は被検出部材１の回転方向１５に相当する。よって、変位検出着磁部３ａは、インクリメンタルトラック３の全周にわたり、回転方向１５において等間隔のピッチＰにて着磁されている。ピッチＰは、インクリメンタル信号検出に必要な一回転内の波数Ｗによって、Ｐ＝３６０°／Ｗ の関係にて規定される。

原点位置検出トラック４は、原点位置着磁部１１と、サイド着磁部１２とを備える。
原点位置着磁部１１は、上記変位量検出、つまり本実施形態では被検出部材１の回転角検出、の原点位置を検出させる着磁部である。又、原点位置着磁部１１は、被検出部材１の一回転に対して一つのパルス波形が生成されるように、原点位置検出トラック４の一箇所に形成され、かつ回転方向１５において着磁幅λにて形成される。原点位置着磁部１１の着磁幅λは、インクリメンタルトラック３の着磁ピッチＰに対して、例えばλ＝Ｐや２Ｐなどの任意の着磁幅にて設けられる。

サイド着磁部１２は、回転方向１５において原点位置着磁部１１の両側に配置され、それぞれのサイド着磁部１２は、回転方向１５において原点位置着磁部１１と同じ方向の磁化にて着磁されている。又、本実施形態では、両側の各サイド着磁部１２は、回転方向１５において、原点位置着磁部１１に対して０．３２５λ（λは、原点位置着磁部１１の上記着磁幅）のサイズにてなる隙間Ｎを介して位置して、かつ０．１λの幅ａを有する。

磁気抵抗素子５は、インクリメンタルトラック３及び原点位置検出トラック４における磁場を検出する素子であり、インクリメンタルトラック３及び原点位置検出トラック４の着磁に応じて複数のＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗素子）やＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗素子）などの磁気抵抗素子もしくは磁気抵抗素子アレイにより構成され、被検出部材１の直径方向において、被検出部材１に対して、規定の間隔Ｇをあけて配置される。

以上のように構成される原点位置信号検出器１０１の動作について以下に説明する。尚、磁気抵抗素子５には、磁気抵抗素子５が出力するアナログ信号を処理し被検出部材１の回転角に対応した信号を送出する信号処理回路２５が接続される。

例えばモータの出力軸に取り付けられた被検出部材１が回転することで、磁気抵抗素子５は、インクリメンタルトラック３における変位検出着磁部３ａ、並びに、原点位置検出トラック４における原点位置着磁部１１及びサイド着磁部１２のそれぞれの磁界の変化を検出する。

図２は、原点位置着磁部１１及びサイド着磁部１２の磁界が磁気抵抗素子５の表面に別々に作用したときの、磁気抵抗素子５における磁束密度分布の時間変化をシミュレーションした図である。図２に示す実線部３１は、原点位置着磁部１１のみにおける磁束密度分布（縦軸）を、回転ドラム２０の回転角（横軸）との関係にて表したものである。図２に示す点線部３２は、サイド着磁部１２のみにおける磁束密度分布（縦軸）を、回転ドラム２０の回転角（横軸）との関係にて表したものである。又、図３は、原点位置着磁部１１及びサイド着磁部１２の両方の磁界が磁気抵抗素子５の表面に作用したときの、磁気抵抗素子５における磁束密度分布の時間変化をシミュレーションした図である。図３に示す実線部３３は、原点位置着磁部１１のみにおける磁束密度分布（縦軸）を、回転ドラム２０の回転角（横軸）との関係にて表したものである。図３に示す点線部は、原点位置着磁部１１及びサイド着磁部１２の両方が作用したときの磁束密度分布（縦軸）を、回転ドラム２０の回転角（横軸）との関係にて表したものである。又、図４は、一般的な磁気抵抗素子であるＡＭＲ素子の感度曲線の典型例を示している。又、図５は、図３に示す磁束密度分布の変化を、図４に示すＡＭＲ素子の感度曲線に当てはめて、回転ドラムの回転に伴うＡＭＲ素子の抵抗変化率の変化に換算したものを示す。図５において、実線部は、原点位置着磁部１１及びサイド着磁部１２の両方による上記抵抗変化率の変化を示し、点線部は、原点位置着磁部１１のみによる上記抵抗変化率の変化を示す。

図２に示すように、原点位置着磁部１１のみによる磁束密度変化を示す実線部３１は、縦軸のプラス方向に延びた主たるパルス波形３１ａの左右両側に、マイナス方向に突出した副パルス波形３１ｂが存在する波形となっている。このような波形形成は、回転ドラムの一回転内に一極だけ着磁された構成において、その着磁部の周囲に発生する磁束の集中によって物理的に発生しうる現象である。一方、磁気抵抗素子５は、図４に示すように、磁束密度の正負に対して偶関数的な出力特性を示す。よって、図３に示す、マイナス方向に突出した部分３３ｂは、磁気抵抗素子５の出力では、図５の点線部にて示すように、大きくプラス側にピークを持った波形、すなわちサイドピーク３４を形成する。

これに対し、図２の点線部３２にて示すように、サイド着磁部１２が磁気抵抗素子５の表面に作り出す磁束密度分布は、ちょうど実線部３１のマイナス側に突出した副パルス波形３１ｂをキャンセルするような磁束密度分布となる。よって、原点位置着磁部１１及びサイド着磁部１２を共に有する原点位置検出トラック４が磁気抵抗素子５の表面に作り出す磁束密度分布は、図３の実線部３３に示すように、マイナス方向に突出した部分３３ｂが一部キャンセルされた磁束密度分布となる。その結果、磁気抵抗素子５の出力は、図５実線部３５に示すように、サイドピーク３４が低減された波形となる。

このように、原点位置着磁部１１の両側にサイド着磁部１２を設けることで、磁気抵抗素子５からサイドピーク３４が低減された出力波形を得ることが可能となる。よって、原点位置検出信号を生成するための閾値電圧を低く設定できる。その結果、高温時における原点位置検出信号の検出安定性を向上することができるとともに、低温時におけるサイドピークが設定閾値電圧を超えることによる原点位置検出信号の誤検出を低減することができる。したがって、磁気式エンコーダにおける原点位置検出信号を従来に比べて安定して検出することが可能となる。

本実施の形態では、サイド着磁部１２の配置例として、隙間Ｎを０．３２５λ、幅ａを０．１λのサイズとしているが、これに限定するものではない。即ち、サイド着磁部１２の配置は、被検出部材１の磁気特性及び原点位置着磁部１１の着磁幅λの値、等により、適宜に設計することができる。

又、図２、図３、及び図５では、原点位置着磁部１１及びサイド着磁部１２の着磁を同じ着磁電流強度で磁石の飽和磁束密度まで磁化するように着磁を行った場合を模擬している。このように、原点位置着磁部１１及びサイド着磁部１２の着磁を同じ着磁電流強度で磁石の飽和磁束密度まで磁化する方法は、飽和磁化値が一定となることから、量産時における着磁強度のバラツキを小さくすることができ、品質の安定した原点位置信号検出器を提供可能であるという効果を奏する。

一方、本実施の形態は、原点位置着磁部１１及びサイド着磁部１２の着磁を同じ着磁電流強度で磁石の飽和磁束密度まで磁化する方法に限定するものではない。つまり、被検出部材１の磁気特性等により任意に着磁後の磁化を設定することができる。原点位置着磁部１１とサイド着磁部１２とをそれぞれ異なる着磁電流強度で着磁することで、磁気抵抗素子５の出力波形からサイドピーク３４を完全に無くすことも可能である。この点については、後述の実施形態５において詳しく説明している。

又、本実施の形態では、被検出部材１に対して原点位置着磁部１１及びサイド着磁部１２の着磁を行った形態を示しているが、これに限定されるものではなく、例えばサイド着磁部１２は、原点位置着磁部１１に対して後から接着等の手段により、既に着磁された磁石を貼り付けた構成とすることも可能である。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２について、図６〜図８を用いて以下に説明する。
ここで、図６は、本発明の実施の形態２による原点位置信号検出器１０２の概略構成を示す。図７は、実施の形態１の原点位置信号検出器１０１における磁気抵抗素子における磁束密度分布の時間変化のシミュレーション結果と、実施の形態２の原点位置信号検出器１０２における磁気抵抗素子における磁束密度分布の時間変化のシミュレーション結果とを比較して表示した図である。尚、図７において、実線部が原点位置信号検出器１０１の場合を示し、点線部が原点位置信号検出器１０２の場合を示している。図８は、図７の磁束密度分布の変化を、図４のＡＭＲ素子の感度曲線に当てはめて、回転ドラムの回転に伴うＡＭＲ素子の抵抗変化率の変化に換算したものを示す。尚、実線部が原点位置信号検出器１０２の場合を示し、点線部が原点位置信号検出器１０１の場合を示している。

上述した実施の形態１の原点位置信号検出器１０１では、サイド着磁部１２は、原点位置着磁部１１の片側には、一箇所のみに配置されている。一方、本実施の形態２における原点位置信号検出器１０２では、原点位置着磁部１１の片側には、複数の箇所にサイド着磁部を配置している。この点で、原点位置信号検出器１０１と原点位置信号検出器１０２とは相違する。尚、原点位置信号検出器１０２におけるその他の構成は、原点位置信号検出器１０１における構成に同じである。したがって、以下には、相違する構成部分についてのみ説明を行う。

原点位置信号検出器１０２では、回転ドラム２０の一回転に対して一つのパルス波形を生成するように、原点位置検出トラック４は、一箇所に原点位置着磁部１１を着磁幅λで有し、原点位置着磁部１１の両側のそれぞれに、原点位置着磁部１１と同じ方向の磁化を持ったサイド着磁部１２、１３、１４を３箇所ずつ備えている。

サイド着磁部１２は、回転方向１５において、原点位置着磁部１１に対して０．３４λ（λは、原点位置着磁部１１の上記着磁幅）のサイズにてなる隙間Ｋを介して位置して、かつ０．１λの幅ａを有する。
サイド着磁部１３は、回転方向１５において、サイド着磁部１２に対して０．３２５λのサイズにてなる隙間Ｌを介して位置して、かつ０．０５λの幅ｂを有する。
サイド着磁部１４は、回転方向１５において、サイド着磁部１３に対して０．３λのサイズにてなる隙間Ｍを介して位置して、かつ０．０２５λの幅ｃを有する。

このように、原点位置着磁部１１から離れるに従い、着磁部間の隙間Ｋ，Ｌ，Ｍは徐々に小さくなり、回転方向１５におけるサイド着磁部１２，１３，１４の幅ａ，ｂ，ｃも小さくなる。尚、原点位置着磁部１１からの距離とサイド着磁部の着磁幅との関係は、本実施形態のような複数のサイド着磁部１２〜１４を設けた場合に限定されず、原点位置着磁部１１の片側に一つのサイド着磁部を設ける場合でも原点位置着磁部１１から離れるに従いサイド着磁部の着磁幅は小さくなる。

以上説明した構成を有する本実施形態における原点位置信号検出器１０２によれば、上述した原点位置信号検出器１０１の場合と同様に、磁気抵抗素子５からサイドピーク３４が低減された出力波形を得ることが可能となる。
さらに、原点位置着磁部１１の各片側に、それぞれ複数のサイド着磁部１２，１３，１４を配置することで、第１の実施形態に比べてさらに以下の効果を得ることができる。

即ち、図７の実線部は、実施の形態１での磁気抵抗素子５における磁束密度分布を示しており、マイナス方向に突出した部分を一箇所キャンセルしたような波形となっている。しかしながら、その波形の左右に、まだマイナス方向に若干突出したピーク３６が存在している。このようなピーク３６をさらにキャンセル可能なように、本実施の形態２では、サイド着磁部１３，１４を設けている。

したがって、図７の点線部３７に示す、本実施の形態２での磁気抵抗素子５における磁束密度分布では、実施の形態１に比べてピーク３６に相当する磁束密度分布出力を低減した形態となっている。このことは、図８からも読み取ることができ、点線で示された実施の形態１の構成でのＡＭＲ出力に対して、実線部で示す本実施の形態における出力は、若干サイドピークが抑えられた波形を得ている。

よって、本実施の形態２では、実施の形態１に比べて、磁気式エンコーダにおける原点位置検出信号をより安定して検出することが可能となる。

尚、本実施の形態では、原点位置着磁部１１の両側にて、それぞれ３箇所にサイド着磁部１２，１３，１４を配置した構成を採るが、サイド着磁部の数は、３個に限らず、複数の任意個数ずつ配置することができる。

又、サイド着磁部１２、１３、１４に関する隙間Ｋ，Ｌ，Ｍ、及び幅ａ，ｂ，ｃの値は、上述した値に限定するものではなく、例えばＫ、L、Ｍを一定の幅にしてもよく、またａ、ｂ、ｃを一定の幅にしてもよく、被検出部材１の磁気特性及び原点位置着磁部１１の着磁幅λの値、等により任意に設計することができる。

又、図７、図８では、原点位置着磁部１１とサイド着磁部１２、１３、１４との着磁を同じ着磁電流強度で磁石の飽和磁束密度まで磁化するように着磁を行った場合を模擬しているが、本実施の形態は、これに限るものではなく、被検出部材１の磁気特性等により任意に着磁後の磁化を設定することができる。

又、本実施の形態では、被検出部材１に対して原点位置着磁部１１及びサイド着磁部１２、１３、１４の着磁を行った形態としているが、例えばサイド着磁部１２、１３、１４は、原点位置着磁部１１に対して後から接着等の手段により、既に着磁された磁石を貼り付けた構成とすることも可能である。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３について、図９を用いて以下に説明する。
本実施の形態３における原点位置信号検出器１０３は、実施形態１における原点位置トラック構成を磁気式位置検出センサに適用したものである。

図９は、磁気式リニアエンコーダの内、磁気式位置センサとして機能する、本実施形態の原点位置信号検出器１０３の概略構成を示している。原点位置信号検出器１０３は、大きく分けて、被検出部材５２と、磁気抵抗素子５５とを備える。
被検出部材５２は、リニアスケール板５１上に、塗布もしくは接着等の方法により取り付けられた板状の磁石である。被検出部材５２には、インクリメンタルトラック５３と、原点位置検出トラック５４とが上下２段に配置され、各トラック５３，５４は、被検出部材５２の長手方向に沿って延在する。

インクリメンタルトラック５３は、被検出部材５２と磁気抵抗素子５５との相対直動方向の変位量を検出するため、変位方向において図の左から右へＳ→Ｎ極、Ｎ→Ｓ極の磁化方向となるように交互に等間隔で着磁された変位検出着磁部５３ａを有する。尚、本実施形態では、上記変位量は、直線的なストローク量に相当し、上記変位方向は被検出部材５２の直動方向６５に相当する。よって、変位検出着磁部５３ａは、インクリメンタルトラック３の全長にわたり、直動方向６５において等間隔のピッチＰにてインクリメンタルトラック３に着磁されている。ピッチＰは、直動方向６５のストロークＳに対してインクリメンタル信号検出に必要な波数Ｗによって、Ｐ＝Ｓ／Ｗ の関係にて規定される。

原点位置検出トラック５４は、原点位置着磁部６１と、サイド着磁部６２とを備える。
原点位置着磁部６１は、上記変位量検出、つまり本実施形態では被検出部材５２のストローク量検出、の原点位置を検出させる着磁部である。又、原点位置着磁部６１は、被検出部材５２の一方向への１ストロークに対して一つのパルス波形が生成されるように、原点位置検出トラック５４の一箇所に形成され、かつ直動方向６５において着磁幅λにて形成される。又、原点位置着磁部６１は、図９に示すように、直動方向６５において、変位検出着磁部５３ａと同じ方向の磁化を有し、さらに、本実施形態では、隣接する２つの変位検出着磁部５３ａに対して、直動方向６５において均等又はほぼ均等に跨るように、配置される。

サイド着磁部６２は、直動方向６５において原点位置着磁部６１の両側に配置され、それぞれのサイド着磁部６２は、直動方向６５において原点位置着磁部６１と同じ方向の磁化にて着磁されている。又、本実施形態では、両側の各サイド着磁部６２は、直動方向６５において、原点位置着磁部６１に対して０．３２５λ（λは、原点位置着磁部６１の上記着磁幅）の隙間Ｎを介して位置して、かつ０．１λの幅ａを有する。

磁気抵抗素子５５は、インクリメンタルトラック５３及び原点位置検出トラック５４における磁場を検出する素子であり、インクリメンタルトラック５３及び原点位置検出トラック５４の着磁に応じて複数のＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗素子）やＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗素子）などの磁気抵抗素子もしくは磁気抵抗素子アレイにより構成され、被検出部材５２に対して、直動方向６５に対して直角方向において規定の間隔Ｇをあけて配置される。

以上のように構成される原点位置信号検出器１０３の動作について以下に説明する。尚、磁気抵抗素子５５には、磁気抵抗素子５５が出力するアナログ信号を処理し被検出部材５２のストローク量に対応した信号を送出する信号処理回路２５が接続される。

実施の形態１における原点位置信号検出器１０１の動作説明で述べた内容と同様に、本実施形態の原点位置信号検出器１０３においても、被検出部材５２が直動方向６５に直線移動することで、磁気抵抗素子５５は、インクリメンタルトラック５３における変位検出着磁部５３ａ、並びに、原点位置検出トラック５４における原点位置着磁部６１及びサイド着磁部６２のそれぞれの磁界の変化を検出する。

本実施形態の原点位置信号検出器１０３においても、原点位置検出トラック５４は、原点位置着磁部６１に加えて、その両側にサイド着磁部６２を配置している。よって、磁気抵抗素子５５からは、実施の形態１にて説明した、図２から図５で模擬したものと同様に、サイドピーク３４を低減した原点位置信号を得ることができる。

したがって、本実施形態の原点位置信号検出器１０３においても、原点位置検出信号を生成するための閾値電圧を低く設定できる。その結果、高温時における原点位置検出信号の検出安定性を向上することができるとともに、低温時におけるサイドピークが設定閾値電圧を超えることによる原点位置検出信号の誤検出を低減することができる。したがって、磁気式エンコーダにおける原点位置検出信号を従来に比べて安定して検出することが可能となる。

尚、実施の形態１でも説明したが、サイド着磁部６２の配置に関する隙間Ｎ、及び幅ａの値は、上述した値に限定するものではなく、被検出部材５２の磁気特性及び原点位置着磁部６１の着磁幅λの値、等により任意に設計することができる。
又、原点位置着磁部６１及びサイド着磁部６２の着磁後の磁化は、被検出部材５２の磁気特性等により任意に設定することができる。
又、例えばサイド着磁部６２は、原点位置着磁部６１に対して後から接着等の手段により、既に着磁された磁石を貼り付けた構成とすることも可能である。

実施の形態４．
本実施の形態は、実施の形態２にて説明したのと同様の原点位置トラック構成を、磁気式位置検出センサに適用したものである。図１０を用いて、本実施の形態４における原点位置信号検出器１０４について、以下に説明する。

既に説明した実施形態１と実施形態２との関係と同様に、本実施の形態４における原点位置信号検出器１０４は、上述の実施形態３の原点位置信号検出器１０３において、原点位置着磁部６１の片側に一箇所のみに配置しているサイド着磁部６２を、複数箇所に配置した構成を有する。その他の構成は、上述の原点位置信号検出器１０３における構成に同じである。

即ち、本実施の形態４における原点位置信号検出器１０４では、原点位置検出トラック５４は、被検出部材５２の一方向への１ストロークに対して一つのパルス波形を生成するように、一箇所に原点位置着磁部６１を着磁幅λで有すると共に、その両側のそれぞれに、原点位置着磁部６１と同じ方向の磁化を持ったサイド着磁部６２、６３、６４を３箇所ずつ備える。

サイド着磁部６２は、直動方向６５において、原点位置着磁部６１に対して０．３４λ（λは、原点位置着磁部６１の上記着磁幅）の隙間Ｋを介して位置して、かつ０．１λの幅ａを有する。
サイド着磁部６３は、直動方向６５において、サイド着磁部６２に対して０．３２５λの隙間Ｌを介して位置して、かつ０．０５λの幅ｂを有する。
サイド着磁部６４は、直動方向６５において、サイド着磁部６３に対して０．３λの隙間Ｍを介して位置して、かつ０．０２５λの幅ｃを有する。

このように、原点位置着磁部６１から離れるに従い、着磁部間の隙間Ｋ，Ｌ，Ｍは徐々に小さくなり、直動方向６５におけるサイド着磁部６２，６３，６４の幅ａ，ｂ，ｃも小さくなる。尚、原点位置着磁部６１からの距離とサイド着磁部の着磁幅との関係は、本実施形態のような複数のサイド着磁部６２〜６４を設けた場合に限定されず、原点位置着磁部６１の片側に一つのサイド着磁部を設ける場合でも原点位置着磁部６１から離れるに従いサイド着磁部の着磁幅は小さくなる。

以上説明した構成を有する本実施形態における原点位置信号検出器１０４によれば、上述した原点位置信号検出器１０１、１０２、１０３の場合と同様に、磁気抵抗素子５５からサイドピーク３４が低減された出力波形を得ることが可能となる。
さらに、原点位置着磁部６１の各片側に、それぞれ複数のサイド着磁部６２，６３，６４を配置することで、第２実施形態でも説明したように、第３の実施形態に比べて磁気式エンコーダにおける原点位置検出信号をより安定して検出することが可能となる。
又、第２実施形態において説明した、原点位置信号検出器１０２に対する変形例に関する記述、即ち、サイド着磁部の個数、及びサイド着磁部に関する寸法、サイド着磁部の磁化に関する事項、等は、本実施形態の原点位置信号検出器１０４に対しても適用可能である。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５について、図１１から図１３を用いて以下に説明する。
本実施形態５は、上述した、実施形態１〜４における原点位置信号検出器１０１〜１０４のそれぞれに適用可能である。ここでは、実施の形態１における原点位置信号検出器１０１を例に採り、説明を行う。

即ち、実施の形態１では、基本的に、原点位置着磁部１１の着磁とサイド着磁部１２の着磁とは、同じ着磁電流強度で磁石の飽和磁束密度まで磁化するように着磁を行った場合を想定している。そして該想定に基づいて、サイド着磁部１２の配置及び幅を設定している。これについて、サイド着磁部１２の着磁電流を自由に制御することで、例えば図１１の点線部に示すような磁束密度分布を持った磁化を、サイド着磁部１２に持たせることも可能である。

このように構成することで、原点位置着磁部１１とサイド着磁部１２とを合わせた磁束密度分布は、図１２に点線で示すように、マイナス側に突出した部分を完全に無くすことができ、図１３に示すＡＭＲ素子の出力におけるサイドピークを完全に０にすることができる。

実施の形態６．
本発明の実施の形態６における原点位置信号検出器について、図１４を用いて以下に説明する。
本実施の形態６における原点位置信号検出器１０６の基本的構成は、上述した実施の形態１における原点位置信号検出器１０１に同じであるが、以下の点で相異する。即ち、実施の形態１の原点位置信号検出器１０１では、図１に示すように、インクリメンタルトラック３における変位検出着磁部３ａの着磁方向と原点位置着磁部１１の着磁方向とが回転ドラム２０の機械角位置に対してずれて配置されている。これに対し本実施の形態６の原点位置信号検出器１０６では、変位検出着磁部３ａの着磁方向と原点位置着磁部１１の着磁方向とが回転ドラム２０における機械角位置に対して一致するように配置している。さらに、原点位置着磁部１１の両側に配置される各サイド着磁部１２は、回転方向１５において、原点位置着磁部１１に対して着磁ピッチＰ、すなわちλの大きさにてなる隙間Ｑを介して位置して、かつ０．２Ｐすなわち０．２λの幅ｄを有する。原点位置信号検出器１０６におけるその他の構成は、原点位置信号検出器１０１の構成に同じである。

このように構成することで原点位置信号検出器１０６では、サイドピークの低減能力は、実施の形態１の原点位置信号検出器１０１の場合に比べて劣るが、インクリメンタルトラック３における変位検出着磁部３ａの着磁方向と原点位置着磁部１１の着磁方向とを回転ドラム２０における機械角位置にて一致させることで、原点位置検出トラック４からの漏れ磁束によるインクリメンタルトラック３の角度検出誤差を低減することができる。

尚、本実施の形態６では、上述のように、インクリメンタルトラック３における変位検出着磁部３ａの着磁方向と原点位置着磁部１１の着磁方向とを一致させた配置形態としているが、本実施の形態はこれに限るものではない。即ち、原点位置検出トラック４からインクリメンタルトラック３への漏れ磁束の影響が小さくなるような、あるいは影響が無くなるような、任意の着磁幅、着磁位置にて、インクリメンタルトラック３に対して相対的に原点位置着磁部１１及びサイド着磁部１２を配置することができる。

さらにまた、本実施の形態６の構成は、上述した実施の形態２〜５に対しても同様に適用可能であり、そのような各構成では、実施の形態２〜５にてそれぞれ説明した効果を奏することができる。その一例として、図１５には、サイド着磁部１２，１３を原点位置着磁部１１の両側２箇所に、つまり複数箇所に、それぞれ設けた原点位置信号検出器１０７を示す。ここで、サイド着磁部１２は、回転方向１５において、原点位置着磁部１１に対してＰ、すなわちλの大きさにてなる隙間Ｑを介して位置して、かつ０．２Ｐ、すなわち０．２λの幅ｄを有する。また、サイド着磁部１３は、回転方向１５において、サイド着磁部１２に対して０．４λの大きさにてなる隙間Ｒを介して位置して、かつ０．１λの幅ｅを有する。その他、上述した実施の形態２、４における構成が本実施の形態６の構成と組み合わせて適用される。

なお、上述の様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
又、２００８年３月１７日に出願された、日本国特許出願Ｎｏ．特願２００８−６７５３６号の明細書、図面、特許請求の範囲、及び要約書の開示内容の全ては、参考として本明細書中に編入されるものである。

本発明は、磁気式ロータリーエンコーダ等の磁気式回転角センサ、及び磁気式リニアエンコーダ等の磁気式位置検出器において原点位置を検出する原点位置信号検出器に利用可能である。

Claims (7)

1. 変位量検出のため変位方向において等間隔で着磁された変位検出着磁部を有するインクリメンタルトラック、及び上記変位量検出の原点位置を検出させる原点位置着磁部を有する原点位置検出トラックを有する被検出部材と、上記インクリメンタルトラック及び上記原点位置検出トラックにおける磁場を検出する磁気センサとを備えた原点位置信号検出器において、
   上記原点位置検出トラックは、上記変位方向において上記原点位置着磁部の両側に、上記原点位置着磁部と同じ方向の磁化にて着磁されたサイド着磁部をさらに備えたことを特徴とする原点位置信号検出器。
2. 上記サイド着磁部は、上記原点位置着磁部の両側に同数で設けられる、請求項１記載の原点位置信号検出器。
3. 上記サイド着磁部は、上記原点位置着磁部に対して一定の隙間を介して設けられる、請求項１記載の原点位置信号検出器。
4. 上記原点位置着磁部と、上記サイド着磁部とは、同じ着磁電流強度で着磁されている、請求項１記載の原点位置信号検出器。
5. 上記原点位置着磁部と、上記サイド着磁部とは、異なる着磁電流強度で着磁されている、請求項１記載の原点位置信号検出器。
6. 上記サイド着磁部は、上記原点位置着磁部から遠ざかるに従ってその着磁幅が狭くなる、請求項１記載の原点位置信号検出器。
7. 上記原点位置着磁部と、上記サイド着磁部とは、インクリメンタルトラックの着磁に対して影響を及ぼさない相対位置に着磁されている、請求項１記載の原点位置信号検出器。

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