KR20130084220A - 자기식 인코더 - Google Patents

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KR20130084220A
KR20130084220A KR1020127026658A KR20127026658A KR20130084220A KR 20130084220 A KR20130084220 A KR 20130084220A KR 1020127026658 A KR1020127026658 A KR 1020127026658A KR 20127026658 A KR20127026658 A KR 20127026658A KR 20130084220 A KR20130084220 A KR 20130084220A
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마사까즈 스기모또
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히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는, 외력에 대하여 안정되고, 자기 센서와 자기 매체간의 갭 변동이 작은 자기식 인코더를 제공하는 것이다.
서로 상대 이동하는 제1, 제2 부재 중, 제1 부재에 배치되는 자기 매체와, 제2 부재에 배치되는 자기 센서를 포함하고, 자기 센서가, 센서 기판과, 센서 기판을 보유 지지하는 센서 보유 지지판과, 자기 저항 효과 소자로부터의 신호를 외부로 취출하는 배선을 구비하고, 센서 보유 지지판은, 센서 보유 지지판을 제2 부재에 고정하는 고정부와, 센서 기판을 보유 지지하는 센서 보유 지지체와, 센서 보유 지지체를 사이에 두고, 상대 이동의 방향으로 복수 배치되고, 고정부로부터 신장되어 외팔보 빔으로 되는 아암부를 포함하고, 아암부의 폭이, 센서 보유 지지체측으로부터 고정부측을 향해 연속적 또는 단계적으로 커지는 부분을 갖는다.

Description

자기식 인코더{MAGNETIC ENCODER}
본 발명은, 자기 매체로부터 나오고 있는 자기를 자기 센서로 검출하고, 가동 부재의 변위 혹은 속도를 얻는 자기식 인코더에 관한 것이다.
가동 부재의 변위나 속도를 정밀하게 검출하고 귀환 제어를 행하는 장치는, 수많이 있다. 그러한 장치의 일례에, 오토 포커스 카메라용 렌즈 경통이 있다. 이 렌즈 경통 내에는, 전동 모터나 초음파 모터로 포커싱용 렌즈를 진퇴시키는 포커스 기구가 설치되어 있다. 그리고 포커스 기구를 구성하는 회전통의 회전 변위를 검출하기 위해, 자기식 인코더가 사용되고 있다.
특허문헌 1에, 이러한 포커스 기구에 사용되고 있는 자기식 인코더가 개시되어 있고, 그 외관 사시도를 도 17에 도시한다. 특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 경통(410)을 따라 설치된 곡률을 갖는 자기 매체(415)에, 자기 센서(405")를 압박 접촉시키고 있다. 자기 센서(405")는, 자기 센서 소자(401)와 가압 스프링(402)으로 구성되어 있다. 도 17을 보아 알 수 있듯이, 자기 센서(405")는 자기 매체 대향면의 치수에 비해, 두께 방향의 치수는 매우 얇게 되어 있다. 경통 내의 한정된 스페이스에서는, 자기 센서에 박화가 요구되므로, 박육화가 어려운 광학식 인코더보다 자기식 인코더가 다용되고 있는 것이다. 이 포커스 기구에서는, 자기 센서 소자(401)의 출력을 귀환시키고, 모터(411)를 구동하여 초점을 맞춘다.
변위의 검출을 고정밀도로 하기 위해, 자기식 인코더에는 높은 분해능이 요구된다. 분해능은 자기 매체의 착자 피치로 나타낼 수도 있다. 착자 피치는 종래 30 내지 50㎛였던 것이, 최근에는 10 내지 20㎛, 나아가서는 10㎛ 이하의 것이 요구되고 있다.
그러나 고분해능화를 진행함에 따라, 자기 매체와 자기 센서 소자의 간격인 갭의 영향이 커지고 있다. 따라서, 이 갭 변동을 억제하는 것이 필요해지고 있다. 이로 인해 자기 매체와 자기 센서 소자를 접촉시켜 미끄럼 이동시키는 방식이 유리하여, 많이 채용되고 있다.
이하, 자기 센서와 자기 매체의 위치 관계의 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 자기 매체와 자기 센서의 상대 이동 방향을 X축으로 한다. 자기 매체가 곡면인 경우, X축은 자기 센서가 접촉하고 있는 점에 있어서의 자기 매체의 접선 방향을 X축으로 한다.
또한 이 X축과 수직한 방향 중, 자기 매체의 곡률 중심과 교차하는 방향(동경 방향)을 Z축, 다른 쪽을 Y축이라고 정의한다. 또한, 자기 센서를 자기 매체에 압박 접촉하는 힘이 가해지는 점(가압점)이, Z축 상에 위치할 때를 X축의 원점으로 하고, X축 원점으로부터 X방향으로의 위치 어긋남을 X오프셋이라고 정의한다. 또한, 자기 센서의 미끄럼 이동면과 자기 매체의 상대 자세의 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 미끄럼 이동면이 X축을 회전축으로 하여 회전하는 각도를 피치각이라 한다. 또한 Y축을 회전축으로 하여 회전하는 각도를 롤각이라 한다. 미끄럼 이동면이 X축에 평행할 때의 롤각을 0도로 한다. 또한 미끄럼 이동면이 Y축에 평행할 때의 피치각을 0도로 한다.
도 18에 가압 스프링(402)의 구조를 도시한다. 이 가압 스프링(402)은, 미끄럼 이동 시의 자기 센서의 피치각을 안정적으로 유지하기 위해, 조립 시에, 자기 매체(415)에 대하여 자기 센서 소자(401)를 실질적으로 균일하게 압박 접촉한다. 자기 센서 소자(401)는 홀더(406)에 장착되고, 홀더(406)의 배면의 요동 중심축을 지지점으로 하여, 홀더는 가압 스프링(402)에 대하여 요동 가능하게 되어 있다. 이에 의해 가압 스프링(402)의 고정부와 자기 매체간의 거리가 변동해도, 홀더가 가압 스프링(402)에 대하여 요동함으로써, 자기 센서 소자(401)가 스페이서(407)를 통해 자기 매체(415)와 밀착된 상태를 유지할 수 있다. 자기 센서 소자가 자기 매체의 변위 방향에 대하여 실질적으로 평행한 요동 중심축을 지지점으로 하여 요동하므로, 자기 센서 소자와 자기 매체가 스페이서 등을 사이에 두고 밀착하고, 자기 매체의 이동량(즉, 포커싱용 렌즈군의 진퇴량)을 고정밀도로 검출할 수 있다. 요동 중심이 요동 시의 지지점으로 되고, 자기 센서 소자(401)를 자기 매체(415)에 압박하는 가압점(408)으로 된다. 자기 센서 소자(401)의 출력은 FPC(Flexible Print Circuit)(412)에 의해 취출된다.
특허문헌 2에는, 1매의 판 스프링에 가압 기능과 피치각을 일정하게 유지하기 위한 기능을 갖게 한 구조가 개시되어 있다. 도 19에 도시하는 바와 같이, 판 스프링(531)은 센서 보유 지지부(524)로 자기 센서 소자(501)를 보유 지지하고, 제1 아암부(555)와 접속부(556), 또한 제2 아암부(557)로 센서 보유 지지부(524)를 지지하여, 고정부(526)가 장착대(523)에 고정되어 있다. 자기 센서 소자(501)의 출력은 FPC(512)에 의해 취출하고 있다. 도 20에 도시하는 바와 같이, 판 스프링(531)의 고정부(526)와 자기 매체(515)간의 거리가 변동해도, 제1 아암부(555)와 제2 아암부(557)는 역방향으로 휘고, 피치각을 일정하게 유지할 수 있다. 그러나 보다 고정밀도화의 요구가 진행됨에 따라, 자기 매체(515)와 자기 센서 소자(501)의 X오프셋과 롤각에 의한 갭 변동이 큰 문제로 되어 왔다.
특허문헌 3에는, 자기 센서 소자(601)의 X오프셋과 롤각에 의한 갭 변동을 저감하는 방법이 개시되어 있다. 도 21에 도시하는 바와 같이, 자기 센서 소자(601)의 미끄럼 이동 방향의 폭 w가, 착자 피치의 2 내지 15배 정도(0.04 내지 0.3㎜)로, 매우 좁은 자기 센서 소자(601)를 제안하고 있다. 이 특허문헌 3의 기술에서는, 자기 매체(615)와 접하는 자기 센서 소자(601)의 미끄럼 이동 방향 폭을 0.3㎜ 이하로 작게 함으로써, X오프셋이나 롤각 변동에 의한 갭 변동을 줄이고, 신호 출력 진폭의 안정화를 도모하고 있다.
특허문헌 4에는, 고정부와 센서 고착부 사이를 연결하고 서로 되꺾임 방향으로 신장되는 스프링성 아암부를 갖는 판 스프링 부재와, 그것을 사용한 센서 지지 기구 및 로터리 인코더가 개시되어 있다.
특허문헌 5에는, 도 22에 도시하는 바와 같이, 2변의 고정부와 4변의 센서 보유 지지부를 4개의 탄성 아암부로 접속하는 자기 센서 보유 지지 기구부를 구비하는 자기식 인코더가 개시되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2000-205808호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-344105호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-64381호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-317255호 공보 국제 공개 제2008/117596호 공보
도 21에 나타내는 특허문헌 3과 같이 미끄럼 이동 방향의 폭을 0.3㎜ 이하로 작게 함으로써, X오프셋이나 롤각의 변동이 있어도, 갭 변동을 억제할 수는 있다. 그러나 이러한 자기식 인코더는, 실장하는 데 있어서 다음과 같은 문제가 발생하고 있다. 즉, 미끄럼 이동 방향의 폭 w가 작으므로, 자기 센서 소자(1)의 미끄럼 이동 방향의 양단부의 코너부(614)가 자기 매체(615)와 접촉하기 쉬워지고, 이로부터 코너부(614)에 곡면을 형성할 필요가 있다. 종래의 자기 센서 소자는, 웨이퍼 상에 소자를 형성한 후, 지석으로 웨이퍼를 절단하여 얻고 있었다. 그러나 코너부에 곡면 형성을 행하기 위해서는 자기 센서 소자를 단체로 하여 행할 필요가 있어, 제조 비용의 저감이 어렵다.
도 21에 나타낸 특허문헌 3에는, 자기 센서 소자(601)의 두께 h'에 관해 구체적인 수치의 기재는 없지만, 자기 센서 소자(601)의 주위에 FPC(612)가 설치되어 있고, 자기 센서 소자(601)의 두께 h'는, FPC(612)의 두께보다 두껍게 할 필요가 있다. 한편, FPC(612)의 두께는 적어도 0.5㎜이므로, 자기 센서 소자(601)의 두께 h'도 또한, 적어도 0.5㎜이다. 즉, 자기 센서 소자(601)의 두께 h'는, 적어도 미끄럼 이동 방향의 폭 w의 수 배로 된다.
그런데 이와 같이, 폭 w보다 두께 h'가 두꺼운 소자를, 서스펜션(613) 상에 수직으로 고착하는 것은 어렵다. 또한, 자기 센서 소자(601)의 미끄럼 이동 방향의 폭 w의 중앙부에 가압점이 위치하도록 고착하는 것도 곤란하다.
자기 센서 소자는, 가압점을 지지점으로 하여, 자기 매체의 이동 방향으로 끌려가도록 힘을 받는다. 가압점이, 자기 센서 소자의 상기 중앙부로부터 어긋나면, 자기 센서 소자는 기울어지기 쉬워지고, 센서 소자 단부의 코너부(614)가 자기 매체(615)와 접촉하는 빈도가 더욱 높아져, 내마모성의 저하를 초래한다. 또한, 미끄럼 이동 면적을 작게 하였으므로, 종래대로의 자기 센서를 자기 매체에 압박하는 하중값에서는, 단위 면적당 압박력이 지나치게 커져, 내마모성의 저하를 초래한다. 그로 인해, 하중을 작게 할 필요가 발생하지만, 하중을 작게 하면 충격 등으로 외부로부터 자기식 인코더에 힘이 가해졌을 때에, 자기 센서 소자(601)가 기울어지기 쉬워지는 것도 생각된다.
특허문헌 4의 구성에서는, 센서 고착부가 고정부와 평행한 관계를 유지하면서 상하 이동하고, 센서의 검출부의 갭 변동을 감소시킨다고 설명되어 있다. 특허문헌 4에서는, Z축 방향에 있어서도 미리 되꺾고, 평판이 아니게 되어 있는 스프링성 아암부를 사용하고 있다. 또한 이 스프링성 아암부가 길기 때문에, 휘었을 때에 고정부로부터 연신된 제1 스프링성 아암부의 단부끼리를 연결하는 선이 축선으로 되고, 센서 고착부에 피치 방향의 회전을 초래하기 때문에, 특허문헌 2 개시의 기술과 마찬가지로 갭 변동이 과제로 된다. 또한, 미세 폭인 채로, 구불구불한 형상으로 길게 연신되어 있는 부분이 있으므로, 롤 방향에서 기울어 버릴 가능성이 있다.
특허문헌 5의 구성에서는, 2개의 고정부가 사용되고, 판 스프링이 양측 지지 빔 구조이므로, 외부 충격의 영향은 억제된다. 그러나, 양측 지지 빔을 지지하는 고정부가 2개소 있으므로, 센서 보유 지지판의 가일층의 소형화를 도모하는 것은 어렵다.
본 발명은, 센서 보유 지지판을 소형화하면서, 충격 등의 외력에 대해서도 안정되어 있어 자기 센서 소자와 자기 매체간의 갭 변동을 억제할 수 있는 자기식 인코더를 제공하는 것을, 그 목적의 하나로 한다.
본 발명의 자기식 인코더는, 서로 상대 이동하는 제1, 제2 부재 중, 제1 부재에 배치되는 자기 매체와, 제2 부재에 배치되는 자기 센서를 포함하고, 상기 자기 센서가, 상기 자기 매체에 대하여 상대적으로 왕복 미끄럼 이동하고, 당해 자기 매체로부터 발생하는 자계를 검출하는 자기 저항 효과 소자를 갖는 센서 기판과, 당해 센서 기판을 보유 지지하는 센서 보유 지지판과, 상기 자기 저항 효과 소자로부터의 신호를 외부로 취출하는 배선을 구비하고, 상기 센서 보유 지지판은, 센서 보유 지지판을 상기 제2 부재에 고정하는 고정부와, 상기 센서 기판을 보유 지지하는 센서 보유 지지체와, 상기 센서 보유 지지체를 사이에 두고, 상기 상대 이동의 방향으로 복수 배치되고, 고정부로부터 신장되어 외팔보 빔으로 되는 아암부를 포함하고, 상기 아암부의 폭이, 상기 센서 보유 지지체측으로부터 고정부측을 향해 연속적 또는 단계적으로 커지는 부분을 갖는 것으로 한 것이다.
본 발명에 따르면, 센서 보유 지지판을 소형화하고, 충격 등의 외력에 대해서도 안정되어 있어, 자기 센서 소자와 자기 매체간의 갭 변동이 작은 자기식 인코더를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 자기식 인코더의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 자기식 인코더의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 자기식 인코더에 사용한 센서 보유 지지판의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 센서 보유 지지판의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 센서 보유 지지판의 또 하나의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 센서 보유 지지판의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 센서 보유 지지판의 배면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 관한 센서 보유 지지판의 좌측면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 센서 보유 지지판의 우측면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 관한 센서 보유 지지판의 저면도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태의 일 형태에 관한 센서 보유 지지판의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태의 일 형태에 관한 센서 보유 지지판의 저면도이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태의 일 형태에 관한 센서 보유 지지판의 평면도이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태의 또 다른 형태에 관한 센서 보유 지지판의 평면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 관한 자기식 인코더에 있어서, 탄성 변형부(32)의 아암부(331)측 단부에 있어서의 폭 방향의 중심을 지나는 선으로부터 Y축 방향으로 압박하는 하중점을 이동시켰을 때의 이동 거리(㎜)와 피치각[초기 피치각(°)]의 관계예를 나타내는 설명도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 관한 자기식 인코더에 있어서의 피치각과 에어 갭의 관계의 예를 나타내는 설명도이다.
도 17은 종래의 오토 포커스 카메라용 렌즈 경통의 사시도이다.
도 18은 종래의 오토 포커스 카메라용 렌즈 경통에서 사용하는 자기 센서의 개요도이다.
도 19는 종래의 피치각 변동을 저감하는 자기 센서의 사시도이다.
도 20은 종래의 피치각 변동을 저감하는 자기 센서의 단면도이다.
도 21은 종래의 미끄럼 이동 방향 위치 어긋남을 저감하는 자기 센서의 개요도이다.
도 22는 종래의 자기 센서의 분해 사시도이다.
이하, 도면을 참조하면서 실시 형태를 상세하게 설명한다. 본 발명은 반드시 이들에 한정되는 것은 아니다. 알기 쉽게 하기 위해, 동일한 부품 또는 부위에는 동일한 부호를 사용한다. 한 쌍으로 되어 있는 부위에는, 좌우의 어느 측인지를 나타내기 위해, 부호의 뒤에 a 또는 b 등의 알파벳을 부여하였다. 예를 들어 부호 50이면 50a와 50b가 대응한다.
(제1 실시 형태)
도 1에 본 발명의 실시 형태의 일측면에 관한 자기식 인코더의 개략도를 나타낸다. 본 실시 형태의 자기식 인코더는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 자기 매체인 자기 시트(60), 자기 센서 소자인 GMR(Giant Magneto Resistive effect) 소자(2a)를 배치한 센서 기판(10), 글래스 에폭시 배선 기판(20) 및 센서 보유 지지판(30)을 구비하고, 장착대(50)에 고정되어 이루어진다. 도 1은 본 실시 형태의 자기식 인코더를, 자기 시트(60)(도면 중, 파선으로 나타냄)측으로부터, 자기 시트(60)를 투시하여 본 상태를 나타낸다. 또한 센서 보유 지지판(30)의 배면에 숨겨져 있는 장착대(50)를 쇄선으로 나타낸다. 장착대(50)는, 예를 들어 본 실시 형태의 자기식 인코더를 카메라용 오토 포커스 기능을 위해 사용하는 경우, 카메라용 렌즈 경통의 일부분에 상당한다.
도 2는 도 1에 도시한 자기식 인코더를, 자기 매체인 자기 시트(60)측으로부터 Y축 부의 방향으로 보았을 때의 측면도이다. 도 2에서는, 자기 매체인 자기 시트(60)에 센서 기판(10)을 압박 접촉하여, 탄성 변형부(32)를 휘게 한 상태에 있다. 또한 도 3은 도 1에 도시한 센서 보유 지지판(30)의 평면도이다. 도 4는 도 3의 A―A' 단면, 도 5가 도 3의 B―B' 단면을 나타낸다. 또한 도 6은 센서 보유 지지판(30)의 정면도, 도 7은 배면도, 도 8은 좌측면도, 도 9는 우측면도, 도 10은 센서 보유 지지판(30)의 저면도이다.
또한, 여기에서도 자기 매체와 자기 센서의 상대 이동 방향을 X축으로 한다. 자기 매체가 곡면인 경우, X축은 자기 센서가 접촉하고 있는 점에 있어서의 자기 매체의 접선 방향을 X축으로 한다. 또한 이 X축과 수직한 방향 중, 자기 매체의 곡률 중심과 교차하는 방향(동경 방향)을 Z축, 다른 쪽을 Y축이라고 정의한다.
센서 보유 지지판(30)은, 센서 보유 지지부(31)와, 탄성 변형부(32)와, 지지부(33)와, 고정부(37)를 더 포함한다. 고정부(37)는, 자기 매체에 겹치지 않는 위치에 배치되고, 장착대(50)에 고정된다.
도 1에 도시하는 센서 보유 지지판(30)은, 고정부(37)에 형성한 구멍(39a, 39b)을 사용하여 장착대(50a, 50b)에 나사 고정으로 고정되어 있다. 센서 보유 지지판(30)을 장착대(50)에 고정함으로써, 자기 시트(60)에 대하여 센서 기판(10)을 소정의 위치에 소정의 하중으로 압박한다. 또한 이 센서 보유 지지판(30)의 센서 보유 지지부(31)와, 2개의 탄성 변형부(32)와, 지지부(33)와, 고정부(37)는, 1매의 금속 박판을 가공하여, 일체적으로 형성되어도 된다. 이로부터, 탄성 변형부(32)나 지지부(33)를 강성이 높은 다른 부재로 제작하여 조립하는 경우나 센서 보유 지지판(30) 외에 피봇을 병용하는 경우에 비해, 일체의 판 스프링으로서 센서 보유 지지판(30)을 형성하고, 박형화를 도모할 수 있다. 또한, 이하에서는, 탄성 변형부(32) 및 지지부(33)를, 탄성 아암부라 한다.
또한 일체의 판 스프링으로서 형성한 센서 보유 지지판(30)은, 센서 기판의 자세각 변동을 저감하고, 부품 개수의 저감 및 조립 비용의 저감에도 기여하고 있다. 이 센서 보유 지지판(30)을 자기식 인코더에 사용할 때에는, 평판의 상태로 사용해도 된다.
센서 보유 지지부(31)는, 글래스 에폭시 배선 기판(20)을 보유 지지한다. 지지부(33)는, 복수의 아암부(331a, b)를 구비한다. 또한 이 지지부(33)에는, 절결(332)이 형성된다. 아암부(331)는, 자기 센서를 배치해야 하는 위치를 사이에 두고, 자기 매체와의 상대 이동 방향, 즉 X축 방향(폭 방향)으로 이격하여 적어도 한 쌍 설치된다. 아암부(331)는, 고정부(37)에 접속되어 있고, 고정부(37)측일수록 단계적, 또는 연속적으로 폭이 넓어지도록 구성된다.
본 실시 형태에서는, 각 아암부(331)는, 자기 매체에 교차하는 교차부(34)를 구비한다. 이 교차부(34)는, 아암부(331) 중, 고정부(37)와는 반대측의 단부로부터, 탄성 변형부(32)의 피치각 방향으로의 회전 중심축[X축에 평행한 1점 쇄선으로 나타내고, 이하, 탄성 변형부(32)의 피치 회전 중심축이라 함]으로부터 고정부(37)를 향해 거리 L2까지의 범위의 부분이다. 또한 지지부(33)의 아암부(331)에는, 이 교차부(34)보다 폭 방향으로 크게 형성한 태폭부(35)[탄성 변형부(32)의 피치 회전 중심축(X축에 평행한 1점 쇄선으로 나타냄)으로부터 고정부(37)를 향해 거리 L2로부터 거리 L3까지의 범위]와, 태폭부(35)의 폭으로부터 연속적으로 폭이 넓어지도록 형성한 광폭부(36)[탄성 변형부(32)의 피치 회전 중심축(X축에 평행한 1점 쇄선으로 나타냄)으로부터 고정부(37)를 향해 거리 L3으로부터 거리 L4까지의 범위]를 더 포함한다. 도 1에서는, 고정부(37)와 접속되는 부분에서 광폭부(36)의 폭과, 고정부(37)의 폭이 실질적으로 동일하도록 한 예를 나타내고 있다.
절결(332)은, 지지부(33)의 폭 방향의 대략 중심부에, 고정부(37)의 방향을 향해 오목해지도록 형성되어 있다. 절결(332)의 폭은, 글래스 에폭시 기판(20)의 폭보다 크게 해 둔다. 아암부(331a, b)의 교차부(34a, b)에는, 각각 탄성 변형부(32a, b)를 통해, 자기 센서를 보유 지지하는 센서 보유 지지부(31)가 그 양측으로부터 접속된다. 도 1에 있어서 탄성 변형부(32)는, 약간 폭을 가늘게 형성한 부재를 구불구불한 형상으로 되꺾은 것으로 하고 있다. 또한, 센서 보유 지지부(31)와, 탄성 변형부(32)를, 센서 보유 지지체라 한다.
즉, 본 실시 형태에서는, 각 아암부(331)가, 탄성 변형부(32)의 피치 회전 중심축으로부터 자기 센서 소자인 GMR 소자(2a)의 중심까지의 거리 L0의 위치로부터, 고정부(37)측을 향해, 당해 아암부(331)의 폭이 단계적 또는 연속적으로 넓혀지는 부분을 갖는다. 이와 같이, 지지부(33)를 그 근원을 향해 폭을 확대함으로써, 강성을 높이고, 센서 기판(10)이 롤 방향에서 기우는 것을 억제한다. 이 강성 향상에 의해, 평판의 판 스프링의 상태로 사용해도, 박형 또한 피봇리스로 사용할 수 있다. Y축 방향에 평행한 1점 쇄선은, 센서 보유 지지부(31)의 폭 방향의 중심과 고정부(37)의 폭 방향의 중심을 연결하는 중심선에 상당한다. 도 1에서는, 탄성 변형부(32)가, 이 중심선에 대하여 대칭으로 되도록 형성한 예를 나타내고 있다.
탄성 변형부(32)는, 센서 보유 지지부(31)의 폭 방향으로 연장되어 있고, 구불구불한 형상이다. 그들의 피치 방향의 회전축을 1점 쇄선으로 나타낸다. 이 1점 쇄선이 센서 보유 지지부(31)의 피치 방향의 회전축으로 되도록, 센서 보유 지지부(31)의 양측에는 각각 탄성 변형부(32a, 32b)가 이어져 있다. 각각의 탄성 변형부(32)의 다른 쪽의 단부는, 외팔보 빔으로서 기능하는 지지부(33)로 지지되고, 지지부는 고정부(37)에 접합하도록 이어져 있다.
탄성 변형부(32)는, 센서 기판을 자기 시트에 압박할 때에, 스프링 하중을 발생시키는 부위로 되고, 자기 시트와 센서 기판의 미끄럼 이동을 안정시킨다. 또한, 탄성 변형부(32)는, 피치 강성을 작게 할 수 있으므로, 피치각 변동에 대하여, 에어 갭의 확대를 억제할 수 있다.
센서 기판(10)은, 글래스 에폭시 기판(20)에 고정된다. 또한 글래스 에폭시 기판(20)은, Y축 방향으로 긴 직사각 형상을 이루고, 그 일방측 단부에 있어서 센서 보유 지지부(31)에 고정되고, 타방측 단부는, 지지부(33)의 절결(332) 내에 배치되고, 또한 지지부(33)에 접촉하지 않는 위치에 배치된다. 이 글래스 에폭시 기판(20) 상에는, 센서 기판(10)에 배치되는 GMR 소자(2a)의 단자의 수만큼의 배선이 형성되어 있다.
센서 기판(10) 중의 GMR 소자(2a)의 중심(중심선을 나타내는 Y축에 평행한 1점 쇄선과 X축에 평행한 2점 쇄선의 교점)은, 탄성 변형부(32)의 피치 방향의 회전축[탄성 변형부(32)의 피치 회전 중심축, X축에 평행한 1점 쇄선으로 나타냄]보다도, 지지부(33)측의 자기 시트의 테두리(60a)에 근접한 위치에 배치된다. 이 위치로 함으로써, GMR 소자(2a)에 있어서 피치각 변동의 영향을 억제할 수 있고, 그리고 센서 기판을 자기 시트에 압박할 때에 지지부(33)가 변형되는 것을 억제할 수 있다.
아암부(331)의 교차부(34)에 있어서, 탄성 변형부(32)와 접속하는 개소의 양측에는 X축 방향으로 슬릿(333)을 형성한다. 슬릿(333)을 형성한 영역의 교차부(34)의 폭 M1은, 교차부(34)의 나머지의 부분에 있어서의 폭 M2보다도 작다. 슬릿(333)을 형성함으로써, 충격 등의 외력이 가해져도, 탄성 변형부(32)와 교차부(34)의 접속 개소에 응력이 집중하는 것이 억제된다. 응력 집중은, 재료의 항복 응력을 초과하여 작용하여 변형이 회복되지 않게 되는 경우가 있으므로, 피해야 한다.
또한 본 실시 형태에서는 교차부(34)의 대부분에 있어서 폭을 두껍게 하여 M2로 하고 있으므로, 지지부의 폭을 M1로 하여, 그대로 연신하는 경우에 비해, 강성이 높여져 있다. 태폭부(36)의 폭 M3은, 다음과 같이 하여 정한다. 즉, 태폭부(36)에는, 충격 등의 외력으로 배선 기판(20)이 기울었을 때에, 배선 기판(20)이 태폭부(36)에 간섭하는 것을 피하기 위해, 절결(332)을 형성하고 있다. 따라서, 아암부(331)의 교차부(34)보다도 중심선측에 폭을 확대하여 태폭부(36)를 형성하지만, 외력에 의해 배선 기판(20)이 기울어도 접촉하지 않는 정도로, 절결(332)의 폭을 둔다. 이와 같이 하여 태폭부(36)의 폭 M3이 정해진다. 이에 의해 지지부(33)의 강성이 높여진다.
광폭부(37)에 있어서는, 이 태폭부(36)보다 더욱 외측을 향해 폭을 M4만큼 확대하고 있어[절결(332)의 단부로부터는 M3+M4의 길이로 됨], 강성의 향상에 기여하고 있다. 또한 이 광폭부(37)에는, 구멍(38)을 형성하여, 센서 보유 지지판의 가고정에 이용하는 것으로 해도 된다.
이와 같이 지지부(33)를 전체적으로, 그 근원을 향해 폭을 확대함으로써, 강성을 높이고, 센서 기판(10)이 롤 방향에서 기우는 것을 억제한다. 이 강성 향상에 의해, 평판의 판 스프링의 상태로 사용해도, 박형 또한 피봇리스로 사용할 수 있다. Y축 방향에 평행한 1점 쇄선은, 센서 보유 지지부(31)의 중심과 고정부(37)의 중심을 연결하는 중심선에 상당한다. 또한 여기에서는 아암부(331)는 중심선에 대하여 대칭으로 형성하고 있다.
도 1에 있어서, 센서 기판(10)의 도면 중 하방(Y축 부의 방향)의 단부 근방에는 전극 패드를 배치하고, 배선 기판인 글래스 에폭시 기판(20)과는 와이어 배선을 통해 도통한다. 글래스 에폭시 기판(20)은 무납 땜납을 통해 FPC(40)와 도통시키고 있다(도시를 생략함). FPC(40)는 수지(51) 등에 의해, 고정부(37)의 단부(Y축 부측의 단부)에 고정해도 된다. 즉, GMR 소자(2a)로부터의 전기 신호는, 글래스 에폭시 기판(20) 상의 배선 및 FPC(40)를 통해, 외부로 취출된다. FPC(40)는 글래스 에폭시 기판(20) 상의 배선에 접촉하는 부위에 있어서의 폭보다도, 당해 부위로부터 수지(51)로 고정한 위치까지의 사이에서의 폭이 가늘어지도록 하고 있다. 이 세폭화에 의해, 피치 방향에 있어서의 센서 보유 지지판의 동작을 방해하지 않도록 하고 있는 것이다. 폭이 두꺼운 FPC를 사용하면, 센서 보유 지지판(31)을 자기 시트와 평행하게 대면시키는 탄성 변형부(32)의 작용이 방해되는 경우가 있기 때문이다.
도 1에 있어서 L0은, 탄성 변형부(32)의 피치 방향의 회전축과 GMR 소자(2a)의 중심의 거리이며, X방향을 따른 1점 쇄선과 2점 쇄선의 간격에 상당한다. 또한 L1은, 탄성 변형부(32)의 피치 방향의 회전축(X축을 따른 방향의 1점 쇄선)으로부터 자기 시트의 테두리(60a)[고정부(37)에 가까운 측의 테두리]까지의 거리이다. 또한 L2는 탄성 변형부(32)의 피치 방향의 회전축(X축을 따른 방향의 1점 쇄선)으로부터 아암부(331)의 교차부(34)와 태폭부(35)의 경계까지의 치수에 상당한다. L3은 탄성 변형부(32)의 피치 방향의 회전축(X축을 따른 방향의 1점 쇄선)으로부터 태폭부(35)와 광폭부(36)의 경계까지의 치수에 상당한다. L4는 탄성 변형부(32)의 피치 방향의 회전축(X축을 따른 방향의 1점 쇄선)으로부터 광폭부(36)와 고정부(37)의 경계까지의 치수에 상당한다. 또한, 도 1에 있어서는 교차부(34), 태폭부(35), 광폭부(36)의 각 경계를 파선으로 나타내고 있지만, 이미 서술한 바와 같이, 센서 보유 지지부(31)와, 2개의 탄성 변형부(32)와, 지지부(33)와, 고정부(37)는, 1매의 금속 박판을 가공하여, 일체적으로 형성되어도 되고, 이 파선은 설명을 위한 것에 지나지 않는다.
탄성 변형부(32)의 폭은 Wa이며, 센서 보유 지지부(31)와 지지부(33)를 접속한다. 이 탄성 변형부(32)의 길이를 La11로 할 때,
(M2/L4)>(Wa/Lall)
을 만족하는 것이 바람직하다.
Wa를 작게 함으로써, 탄성 변형부(32)의 강성을 작게 하여, 피치 방향에 있어서 센서 보유 지지부(31)가 자기 매체와 평행하게 대면하려고 하는 것을, 지지부(33)가 방해하지 않도록 한다. 또한 지지부(33)의 폭을 고정부(37)측에서 크게 해 간다. 이와 같이 함으로써, 후술하는 「탄성 변형부(32)와 지지부(33)의 역할 분담」을 도모한다.
자기 매체의 고정부(37)측의 테두리와 탄성 변형부(32)의 피치 회전 중심축의 거리 L1은, 자기 매체의 폭 Wb에 대하여, Wb/3≤L1≤2Wb/3의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이 거리 L1이 2Wb/3보다 커지면, 자기 매체로부터 Y축 정의 방향으로 센서 보유 지지부(31)가 더욱 돌출되고, 센서 보유 지지부(31)가 지나치게 커지므로, 소형화의 관점에서 바람직하지 않다. 한편, L1이 Wb/3보다 작아지면, 다음에 설명하는 수학식 1의 관계를 만족시킬 수 없게 되고, 자기 매체와 센서 기판(10)을 이격시키는 힘이 작용하게 되므로 바람직하지 않다.
탄성 변형부(32)의 피치 방향의 회전축과, 센서 기판(10) 중의 GMR 소자(2a)의 Y축 방향의 중심의 거리를 L0으로 하면, L0을 「0」보다 크게 하는 것이 바람직하다.
L1은, 탄성 변형부(32)의 피치 회전 중심축으로부터 자기 매체의 고정부(37)측의 테두리까지의 거리에 상당한다. 센서 기판(10)은, 자기 매체의 고정부(37)측의 테두리에 접촉하고, 센서 기판(10) 자체가 근소한 기울기를 가지고 있으므로, 피치 회전 중심축 위치에서는 에어 갭을 발생시키고 있다. 피치 회전 중심축은, 탄성 변형부(32)의 폭 Wa의 근원끼리를 연결하는 선(Wa의 중심선)보다도, 고정부(37)측과는 반대측에 위치하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 자기 매체와 GMR 소자(2a)를 탑재한 센서 기판(10)의 에어 갭의 발생을 억제하고, 센서 기판(10)을 자기 매체에 미끄럼 이동시키기 위해, 본 실시 형태의 구성에 있어서 다음 수학식 1을 만족하도록, L1을 정하는 것이 바람직하다.
Figure pct00001
여기서, F는 센서 보유 지지부의 피치 회전 중심축 위치에 있어서 가하는 하중이며, 센서 보유 지지부(31)의 피치 회전 중심축 위치에 있어서의 센서 보유 지지부(31)의 스프링 상수 k와, 압박 높이 t의 곱으로 구할 수 있다. 즉, F=k·t이다. 센서 보유 지지부(31)의 피치 회전 중심축 위치에 있어서, t는 초기 상태에 있어서의 센서 기판(10) 및 자기 매체간의 에어 갭에 상당한다. 이 F와 L1의 곱인 F·L1은 모멘트를 나타내고 있다. 또한 kp는, 센서 보유 지지판의 피치 강성에 상당하고, θ는, 초기 상태에 있어서의, 피치각에 상당한다. 초기 상태라 함은, 센서 보유 지지판을 장착부에 고정하고, 센서 기판이 자기 시트를 압박하고 있는 최초의 상태에 상당한다.
즉, kp와 θ의 곱이, F와 L1의 곱보다도 크다고 하는 조건하에서, 본 실시 형태의 자기식 인코더를 구성하는 것이 바람직하다. 피치 강성은 피치각을 1° 부여하는 데 필요한 힘(단위:gf·㎜/°)이다. 측정 방법은, 센서 보유 지지부(31)에 있어서의 피치 회전 중심축 위치로부터 1㎜ 이격된 위치(Y방향으로 이격된 위치)에 1gf를 가하였을 때에, 하중 위치에서의 변위(높이의 변위:Z방향 변위)를 변위계로 측정하고, 피치각 θ를 계산하여 구한다. 본 실시 형태의 센서 보유 지지부(31)에서는, kp를 0.4 내지 0.9(gf·㎜/°) 정도로 하고 있다. 보다 바람직하게는 kp(gf·㎜/°)는 0.4 이상, 0.6 이하로 한다. 1gf는 10mN에 상당한다.
탄성 변형부(32)로서는, 구불구불형, 구불구불형을 곡선 형상으로 변형한 사행(蛇行)형, 직사각 형상의 링형, 원 혹은 타원의 링형 등의 형상을 사용할 수 있다. 링형은 복수의 링을 연결한 타입을 사용할 수도 있다. 탄성 변형부의 빔의 길이 Lall은, 구불구불형이면, 굴곡하고 있는 경로의 중심을 따른 길이가 Lall에 상당한다. 링형이면, 갈라져 나온 경로의 분도 길이를 가산하여 Lall을 구한다. Wa는, 경로의 폭에 상당한다. 또한, 폭이 도중에 변동하는 경우, 전체 길이에 걸친 폭의 적분값을 전체 길이로 나눈 평균값을 Wa로 하면 된다.
센서 보유 지지부(31)와 고정부(37) 사이에는, 탄성 아암부와 배선 기판인 글래스 에폭시 기판(20)이 접촉하는 것을 피하기 위한 스페이스로서, 지지부(33)에 오목부인 절결(332)을 형성한다. 이 스페이스에 의해, 충격 등의 외력에 의해 탄성 아암부가 휘어도, 탄성 아암부가 배선 기판에 접촉하는 것이 피해진다.
센서 보유 지지부(31)는, 자기 센서인 GMR 소자(2a) 등이 자기 매체에 대하여 미끄럼 이동하는 방향을 회전축으로 하는 회전에 대한 탄성과, 이 미끄럼 이동 방향에 수직하고 또한 자기 매체 표면에 평행한 방향을 회전축으로 하는 회전에 대한 탄성을 갖고, 또한, 센서 보유 지지부(31)의 평면에 수직한 방향에 대하여 탄성을 갖는 것이 바람직하다.
센서 보유 지지부(31)는, 한 쌍의 탄성 아암부를 통해 1개의 고정부(37)에 접속된다. 그리고 이 고정부(37)가, 장착대에 고정됨으로써, 센서 보유 지지부(31)가 탄성 아암과 고정부(37)를 통해, 장착대에 지지된다. 탄성 아암부는 탄성 변형부(32)와 지지부(33)를 포함하여 구성되어 있다. 이 지지부(33)는, 소위, 외팔보 빔(외팔보 스프링이라고도 함)의 구조로 되어 있다. 지지부(33)의 단부 근방[교차부(34)]과 자기 매체의 Z축 방향의 거리가 변동해도, 센서 보유 지지부(31)가 고정부(37)에 대하여 평행 상태를 유지하면서 Z축 방향으로 상하 이동하도록, 탄성 변형부(32)가 작용한다. 이에 의해 자기 센서와 자기 매체의 갭 변동을 현저하게 저감할 수 있다. 탄성 변형부(32)는, 그 폭 Wa를 지지부(33)의 아암부(331)의 교차부(34)의 최대 폭 M1보다도 작고, 또한 X축 방향을 피치 방향의 회전축으로 하도록 지지되어 있다. 지지부(33)의 아암부(331)는, 고정부(37)측을 향할수록 폭을 넓게 해 감으로써, 강성을 높이고, 센서 보유 지지부(31)에 설치되는 센서 기판(10)이 롤 방향으로 기우는 것을 억제하고 있다. 이와 같이, 탄성 변형부(32)와 지지부(33)가 각각의 역할을 분담하고 있다.
또한 본 실시 형태의 자기식 인코더에서는, 1개의 고정부(37)와 한 쌍의 탄성 아암부, 및 센서 보유 지지부(31)가 대략 동일 평면 내에 있다.
센서 보유 지지판(30)을 구성하는 센서 보유 지지부(31), 탄성 아암부 및 고정부(37)는, 동일한 재료이고, 균일한 두께로 해 둔다. 이 두께는, 50㎛ 이상 200㎛ 이하인 것이 바람직하다. 50㎛ 미만에서는 센서 보유 지지판의 강성이 저하되어 핸들링하는 것이 어려워지고, 또한 200㎛보다 두꺼우면 센서 보유 지지판의 강성이 크므로 자기 매체에 압박 접촉하는 힘도 커지게 되어, 내마모성을 손상시키는 것이 염려된다.
센서 보유 지지판(30)의 센서 보유 지지부(31), 탄성 아암부 및 고정부(37)는 일체적으로 제작된다. 구체적으로는, 1매의 금속판을 에칭이나 펀칭 프레스에 의해, 센서 보유 지지판(30) 전체의 평면 형상을 제작할 수 있다. 사용하는 금속 재질에 따라, 적합한 두께는 다르지만, 롤 방향이나 피치 방향, 자기 매체에 압박하는 방향의 탄성으로부터, 50㎛ 내지 200㎛의 금속판을 사용하는 것이 바람직하다. 장착부(50)에 고정되기 전에, 센서 보유 지지판(30)은 Z축 방향으로 구부려져 있지는 않고, 평판으로서 사용한다.
자기 매체로부터의 자계를 흩뜨리지 않기 위해서도, 센서 보유 지지판(30)은 비자성재로 제작되는 것이 바람직하다. 즉, 스프링성을 갖는 비자성 금속이고, 화학 에칭을 할 수 있는 재질로 제작되는 것을 선택하면 된다. 탄성 아암부의 복잡한 형상을 펀칭 프레스에 의해 가공하는 경우에는, 프레스 금형의 비용이나, 형상 수정의 곤란함이 발생하는 것을 고려하여, 화학 에칭할 수 있는 재질을 선택하는 것으로 해도 된다. 이러한 화학 에칭이 용이하고 절곡 가공을 할 수 있는 재료의 예로서는, 비자성 스테인리스(Fe―Ni―Cr)나 인청동재(Cu―Sn―P), 양백(Cu―Ni―Zn), 황동(Cu―Zn) 등이 있다. 또한 구리 합금을 사용할 수도 있다. 예를 들어 상기한 양백은 양은이라 하는 경우도 있는 구리계 합금이다.
본 실시 형태의 자기식 인코더에서는, 센서 보유 지지부(31)의 평면에 수직한 방향에 있어서, 자기 매체에 대하여 50mN(5gf) 이상 800mN(82gf) 이하의 압박 하중을 부여하는 것이 바람직하다. 50mN 미만에서는, 자기 매체로의 자기 센서 소자의 압박 하중력이 지나치게 작으므로, 미끄럼 이동 시에 자기 센서 소자면이 자기 매체면으로부터 이격되어, 출력 전압이 변동할 가능성이 커진다. 이것은, 자기 매체의 표면의 근소한 굴곡이나 아암부에서의 튀어오름, 외력에 의한 이격 등으로 일어나는 것이다. 한편, 압박 하중이, 800mN을 초과하면 자기 센서 소자의 튀어오름이나, 외력에 의한 이격은 억제하는 것이 가능하지만, 내마모성의 문제가 발생한다. 예를 들어 플라스틱 필름 상에 자성체를 코팅한 자기 매체에서는, 하중을 지나치게 올리면 자기 매체 표면이 변형하고, 자기 센서 소자의 폭이 작은 경우, 자기 센서 소자의 미끄럼 이동 방향측의 단부(코너부)에서, 자성체를 깎는 현상이 일어나, 내마모성이 급격하게 악화된다.
자기 매체 표면이 변형하는 하중값은 다음과 같이 하여 구할 수 있다. 곡률 반경 25㎜의 자기 매체 표면에 투명 글래스판을 압박 접촉하고, 투명 글래스와 자기 매체의 접촉 폭이 0.5㎜로 되는 하중을 구한다. 여기서 접촉 폭이 0.5㎜에서, 자기 매체 표면이 변형한다고 하고, 자기 매체의 폭 방향은 3㎜로 하고, 자기 매체의 표면의 평균 면 거칠기 Ra는 약 1㎛라고 한다. 또한 자기 매체의 플라스틱 필름은 PET로 200㎛ 두께, 자성체는 평균 입경 1㎛ 내지 10㎛의 스트론튬 페라이트 분말을, 30㎛ 두께로 도포한 것이라고 한다. 그러면 변형이 시작되는 하중은 1136mN(116gf)이며, 접촉하고 있는 면적으로부터 자기 매체가 변형을 일으키는 단위 면적당 하중은, 757mN/㎟이다. 안전율을 고려하여, 압박 접촉 하중을 800mN(82gf) 이하로 하면, 단위 면적당 하중은 약 530mN/㎟ 이하로 된다. 이와 같이 단위당 하중값을 530mN/㎟ 이하로 함으로써, 자기 센서 소자를 갖는 센서 기판(10)에 의한 자기 매체 표면의 변형이 일어나지 않는다. 또한 단위당 하중값을 530mN/㎟ 이하로 한 경우, 센서 기판(10)의 미끄럼 이동 방향의 폭은 0.5㎜ 이상으로 할 필요가 있다. 센서 기판(10)은 대략 직사각 형상으로 할 수 있다.
센서 보유 지지부(31)의 중심이, 자기 매체에 압박 하중을 부여하는 하중점으로 된다. 이 하중점에 자기 센서 소자인 자기 저항 효과 소자[예를 들어 GMR 소자(2a)]를 배치함으로써, 자기 매체와의 사이에서 상대적인 왕복 이동을 하였을 때에, 이동 방향에 의한 자기 센서 소자의 출력의 차를 최소한으로 할 수 있다.
본 실시 형태의 자기식 인코더의 센서 보유 지지판은 도 1에 예시한 것에 한정되지 않는다. 도 11은 본 실시 형태의 다른 형태에 관한 센서 보유 지지판(30')의 정면도이다. 이 형태에서는, 도 1에 예시한 센서 보유 지지판(30)의 탄성 변형부(32b)의 형상을 변경하고, 도 11에 탄성 변형부(32d)로서 도시한 바와 같이 하고 있다. 그 밖의 부분은, 도 1의 센서 보유 지지판(30)과 마찬가지이다.
즉, 도 1의 센서 보유 지지판(30)에서는, 센서 보유 지지부(31)의 양측에 있는 탄성 변형부(32a, 32b)는, 센서 보유 지지부(31)의 Y축에 평행한 중심축에 대하여 선 대칭이었다. 그에 비해 도 11에 나타내는 예에서는, 탄성 변형부(32a)와 탄성 변형부(32d)는 서로 X축에 평행한 회전축에 대하여 되꺾은 관계에 있다. 구체적으로, 이 탄성 변형부(32d)는, 도 11 중에, X축에 평행하게 그은 1점 쇄선을 축으로 하여, 도 1의 탄성 변형부(32b)와는 상하 반전된 형상으로 되어 있다.
이 도 11의 예에서는, 교차부(34a, b)에 있어서의 각 탄성 변형부(32a, d)의 근원(2개소)과, 센서 보유 지지부(31)측에 있어서의 각 탄성 변형부(32a, d)의 근원(2개소)의 폭 방향 중심을 연결하는 선을 1점 쇄선(X축에 평행)으로 나타내고 있다. 탄성 변형부(32a)와 탄성 변형부(32d)가 점 대칭의 형상으로 되어 있으므로, 피치 회전 중심축 위치는, 교차부(34a, b)에 있어서의 각 탄성 변형부(32a, d)의 근원(2개소)과, 센서 보유 지지부(31)측에 있어서의 각 탄성 변형부(32a, d)의 근원(2개소)의 폭 방향 중심을 연결하는 선(1점 쇄선) 상에 근접한다. 즉, 도 11의 예에서는, 실질적으로 교차부(34a, b)에 있어서의 각 탄성 변형부(32a, d)의 근원(2개소)과, 센서 보유 지지부(31)측에 있어서의 각 탄성 변형부(32a, d)의 근원(2개소)의 폭 방향 중심을 연결하는 선(1점 쇄선) 상에 탄성 변형부(32)의 피치 회전 중심축 위치가 있다. 단, 이와 같이 근접시켜 가면, 탄성 변형부의 비틀림을 억제하기 어려워지는 경향이 있다. 또한, 도 12는 도 11의 센서 보유 지지판(30')의 저면도이다. 또한, 이 센서 보유 지지판(30')의 단면은 도 4, 도 5에 도시한 예와 마찬가지로 되므로, 도시는 생략한다.
또한 본 실시 형태의 또 다른 형태에 관한 센서 보유 지지판의 평면도를 도 13에 도시한다. 도 13에 예시하는 센서 보유 지지판(30'')에서는, 도 1에 있어서의 한 쌍의 탄성 변형부(32a, 32b)를, 다른 형상의 한 쌍의 탄성 변형부(32e, 32f)로 변경한 것 이외는, 도 1의 센서 보유 지지판(30)과 마찬가지이다. 탄성 변형부(32e, 32f)는, 각각 외주가 직사각형의 O자 형상 링을 2개 연결한 형상을 이루고 있다. 또한, Y축을 축선으로 하여 좌우로 거울상 반전시키면 배면도를 얻을 수 있다.
본 실시 형태의 자기식 인코더에서는, 이상과 같이 센서 보유 지지판(30)을 구성하고 있고, 다음과 같이 동작한다. 여기에서는 일례로서 카메라의 렌즈를 회전시켜 핀트를 맞추는 핀트 맞춤 기구에 있어서, 렌즈의 회전 위치를 검출하는 예에 대해 설명한다.
이 예에서는 렌즈의 회전 가능부에 자기 매체로서의 자기 시트(60)를 배치한다. 또한, 렌즈의 회전시키지 않는 부분에 센서 보유 지지판(30)의 고정부(37)를 고정하고, 자기 시트(60) 상에 센서 보유 지지판(30)에 탑재한 센서 기판(10)이 미끄럼 이동하도록 배치해 둔다. 이와 같이 하여 자기 시트(60)가 센서 보유 지지판(30)을 상대 이동할 수 있도록 한다. 또한, 자기 시트(60)는, 센서 보유 지지판(30)과의 상대 이동 방향으로, 미리 정한 간격마다 착자 방향을 서로 다르게 하고 있다.
GMR 소자(2a)는, 자기 시트(60)의, 당해 GMR 소자(2a)에 근접하는 범위의 착자 방향을 검출하여, 당해 검출의 결과를 전기적 신호로서 출력한다. 카메라의 렌즈를 회전시키고, 자기 시트(60)가 센서 보유 지지판(30)에 대하여 상대 이동하면, 센서 보유 지지판(30)의 GMR 소자(2a)가 근접하는 자기 시트(60)의 부분의 착자 방향이 변화되고, GMR 소자(2a)가 출력하는 전기적 신호도 그에 따라 변화된다. 본 실시 형태의 자기식 인코더는, 이 전기적 신호의 변화로부터, 렌즈의 회전 위치를 검출한다.
도 14는 본 발명의 실시 형태의 또 다른 형태에 관한 센서 보유 지지판의 예를 나타내는 평면도이다. 도 14에 예시하는 센서 보유 지지판에서는, 교차부(34)로부터 태폭부(35)의 범위에서, 외주를 연속적으로 폭을 확대하고 있다. 또한, 절결부(332)의 절결 형상을, 대략 직사각 형상이 아니라, 교차부(34)측에서 절결의 폭을 확대한 형상을 이루도록(P), 가공하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 이 외주의 폭 확대와, 절결 폭의 폭 확대는, 어느 한쪽만을 행하는 것으로 해도 된다.
실시예
도 1에 예시한 센서 보유 지지판(30)을, 80㎛ 두께의 비자성 스테인리스 SUS304의 박판을 펀칭함으로써 제작한 예를 이하에 설명한다. 굴곡하고 있는 탄성 변형부(32)의 직선 형상 부분의 폭은, 기본 치수를 0.8㎜로 하고, 부분적으로 응력 집중을 완화하기 위해 변경하고 있다[이들의 평균(직선 형상 부분의 전체 길이에 걸쳐 폭을 적분하고, 전체 길이의 값으로 나눈 값)이 Wa로 되도록 하고 있음]. 이 센서 보유 지지판(30)은, 최대 치수로 세로 10㎜, 가로 15㎜이다. GMR 소자(2a)에는, 복수의 스핀 밸브 소자를 브리지 접속하고, 각 스핀 밸브 소자의 길이 방향을 센서 기판(30)의 길이 방향(Y축 방향)과 평행으로 하고, 각 스핀 밸브 소자끼리를 평행하게 배치하였다.
센서 기판(10)은, 다음과 같이 하여 제작한다. 우선 실리콘 웨이퍼 상에 포트리소 기술과 진공 성막 기술, 에칭 기술을 이용하여, 스핀 밸브형 자기 저항 효과 소자와 배선을 형성한다. 그리고 자기 저항 효과 소자 상에는 약 2㎛ 두께로 산화 실리콘의 피막을 피복한다. 이와 같이 하여 자기 저항 효과 소자 등의 형성이 종료된 웨이퍼를, 다이아몬드 지석으로 폭 w 0.5㎜, 길이 3.0㎜로 절단하고, 센서 기판(10)을 얻는다. 자기 저항 효과 소자나 배선, 자기 저항 효과 소자 상의 산화 실리콘 피막의 두께는, 각각 수 ㎛이며, 웨이퍼 두께는, 자기 센서 소자를 포함하는 센서 기판 두께 h'와 동일하다고 간주해도 지장 없다. 자기 저항 효과 소자 상의 산화 실리콘 피막의 막 두께가, 자기 저항 효과 소자와 자기 시트(60)의 표면의 자기적인 갭으로 되어 있다. 자기식 인코더에 있어서, 자기 저항 효과 소자는, 자기 시트의 고정부(37)측의 테두리(60a)보다 Y축 정측의 부분에 배치하였다. 얻어진 글래스 에폭시 배선 기판(20) 상에 센서 기판(10)을 고착하고, 글래스 에폭시 배선 기판(20)과 센서 기판(10)의 배선을 도통시킨다.
자기 시트(60)는, 테이프 형상의 플라스틱 필름 상에 자성체를 코팅한 것을, 소정의 곡률을 갖는 비자성면에 접착제로 고착하여 제작한다. 비자성면의 이동이나 회전에 수반하여, 센서 기판(10)에 대하여 미끄럼 이동하는 방향에 있어서의 자기 시트의 폭 Wb는 3㎜, 자기 시트 표면의 곡률 반경은 27.5㎜로 하였다.
도 2에 있어서, 자기 시트(60) 대신에 핀을 사용하고, 센서 보유 지지부(31)의 폭 방향의 중심과 고정부(37)의 폭 방향의 중심을 연결하는 중심선 상을 누르는 것과 같이, 핀으로 센서 기판(10)을 Z축의 마이너스의 방향으로 압박하고, XY평면에 대하여 센서 기판이 어떻게 기우는지를 보았다. 이 핀으로 센서 기판을 눌렀을 때에, 센서 기판의 면이 XY평면에 대하여 평행을 유지한 상태로 Z축의 마이너스의 방향으로 이동하였을 때, 그 압박점에서 상기 중심선과 직교하는 선을 "피치 회전 중심축"이라고 정의한다. 피치 회전 중심축보다도 고정부(37)측으로 어긋난 위치를 핀으로 누르면 센서 기판이 피치 회전하여 XY평면에 대하여 기울고, 고정부(37)측과는 반대측으로 어긋난 위치에서 핀을 누르면 센서 기판이 반대로 피치 회전하여 XY평면에 대하여 기운다.
도 15의 그래프에, 탄성 변형부(32)의 아암부(331)측 단부에 있어서의 폭 방향의 중심을 지나는 선(Wa 중심축이라 함) 상으로부터 Y축 방향으로 압박하는 하중점을 이동시켰을 때의 피치각[초기 피치각(°)]과, Wa 중심축으로부터의 거리(㎜)의 관계를 나타낸다. 하중점에는 1gf의 하중을 가하였다. 횡축의 부호는, 하중점을 고정부(37)측으로 이동시켰을 때를 플러스로 하고, 고정부(37)측과는 반대측으로 이동시켰을 때를 마이너스로 한다.
이 센서 보유 지지판(30)에 대해서는, kp=0.5(gf·㎜/°), L1=1.37㎜로 하였다. 도 16의 그래프에, 자기식 인코더에서 하중 F=2.12gf로 하였을 때의 피치각과 에어 갭의 관계를 나타낸다. 피치각이 작으면 에어 갭의 증대는 억제되어 센서 기판을 자기 시트에 미끄럼 이동시킬 수 있었다.
자기 매체로부터 나오고 있는 자기를 자기 센서로 검출하고, 가동 부재의 변위 혹은 속도를 구할 수 있는 자기식 인코더로서, 본 발명을 적용할 수 있다.
2a : GMR 소자
10 : 센서 기판
20 : 배선 기판
30 : 센서 보유 지지판
30' : 센서 보유 지지판
30'' : 센서 보유 지지판
31 : 센서 보유 지지부
32a, 32b : 탄성 변형부
32e, 32f : 탄성 변형부
32d : 탄성 변형부
33a, 33b : 지지부
34a, 34b : 교차부
35a, 35b : 태폭부
36a, 36b : 광폭부
37 : 고정부
38 : 구멍
39a, 39b : 구멍
40 : FPC
51 : 수지
50a, 50b : 장착대
60 : 자기 시트
60a : 자기 시트의 테두리
331 : 아암부
332 : 절결
333 : 슬릿

Claims (4)

  1. 서로 상대 이동하는 제1, 제2 부재 중, 제1 부재에 배치되는 자기 매체와, 제2 부재에 배치되는 자기 센서를 포함하고,
    상기 자기 센서가,
    상기 자기 매체에 대하여 상대적으로 왕복 미끄럼 이동하고, 당해 자기 매체로부터 발생하는 자계를 검출하는 자기 저항 효과 소자를 갖는 센서 기판과,
    당해 센서 기판을 보유 지지하는 센서 보유 지지판과,
    상기 자기 저항 효과 소자로부터의 신호를 외부로 취출하는 배선을 구비하고,
    상기 센서 보유 지지판은,
    센서 보유 지지판을 상기 제2 부재에 고정하는 고정부와,
    상기 센서 기판을 보유 지지하는 센서 보유 지지체와,
    상기 센서 보유 지지체를 사이에 두고, 상기 상대 이동의 방향으로 복수 배치되고, 고정부로부터 신장되어 외팔보 빔으로 되는 아암부를 포함하고,
    상기 아암부의 폭이, 상기 센서 보유 지지체측으로부터 고정부측을 향해 연속적 또는 단계적으로 커지는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는, 자기식 인코더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서 보유 지지체는, 상기 복수의 아암부에 대응하여 설치되고, 각 아암부와 상기 센서 기판을 지지하는 부재 사이에 개재하는 복수의 탄성 변형부를 구비하는, 자기식 인코더.
  3. 제2항에 있어서, 상기 아암부 중, 상기 자기 매체에 교차하는 교차부에서의 최대 폭 M2와, 상기 탄성 변형부의 피치 방향의 회전 중심축으로부터 고정부까지의 길이 L4와, 상기 탄성 변형부의 길이의 총합 Lall과, 폭 Wa가,
    (M2/L4)>(Wa/Lall)
    의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는, 자기식 인코더.
  4. 제2항에 있어서, 상기 자기 매체의 상기 고정부측의 테두리와 상기 탄성 변형부의 피치 방향의 회전 중심축의 거리 L1은, 상기 자기 매체의 폭 Wb를 이용하여,
    Wb/3≤L1≤2Wb/3
    의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는, 자기식 인코더.
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