WO2008047607A1

WO2008047607A1 - Dispositif de codage de type magnétique et son procédé de fabrication

Info

Publication number: WO2008047607A1
Application number: PCT/JP2007/069430
Authority: WO
Inventors: Yuji Arinaga; Katsuya Okumura
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2008-04-24
Also published as: JPWO2008047607A1; US20100315073A1; TW200837336A

Description

明細書

磁気式エンコーダ装置およびその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、回転体の回転位置を検出する磁気式エンコーダ装置に関し、特に、磁界検出素子の取付け位置精度の高い磁気式エンコーダ装置およびその製造方法に関する。

背景技術

[0002] 従来、回転体の回転軸に対して垂直方向の一方向に磁化され回転体に固定された永久磁石の磁界を磁界検出素子で検出し、 1回転内の角度を検出する磁気式ェンコーダ装置において、フレキシブルプリント基板に磁界検出素子を設け、固定体に固定することが開示されている (例えば、特許文献 1参照）。

[0003] 図 10は、従来の磁気式エンコーダ装置の構成図である。

図において、 1は回転体、 2は回転体 1に固定され、その軸と垂直方向の一方向に平行に磁化された円板状の永久磁石である。 3は永久磁石 2の外周側に空隙を介して設けられたリング状の固定体、 4は磁界検出素子で、互いに機械角で 90° 位相がずれている 2個 1対の磁界検出素子を互いに 180度位相をずらした位置に配置している。 51は固定体 3の外周に設けられたフレームである。 9は固定体 3の内面に貼り付けたフレキシブルプリント基板で、固定体 3の円周方向に等間隔の 4か所に固定された固定部 91と、円形状の中央部 92と、固定部 91と中央部 92とをつなぐ連結部 93 とからなっている。

[0004] 図 11はフレキシブルプリント基板 9の展開正面図である。

図に示すように、連結部 93と固定部 91とのつながり部分は、剛性が低いくびれ部 9 4を形成し、曲げ易くしてある。固定部 91と中央部 92にはそれぞれ複数の端子 97と 98を設けてあり、それぞれ対応する端子 97と端子 98の間は導体部 96によって接続してある。磁界検出素子 4は端子 97に表面実装されて!/、る。

[0005] 図 10において、 70はプリント基板で、フレーム 51の内側に固定されている。プリント基板 70にフレキシブルプリント基板 9を重ね、フレキシブルプリント基板 9の中央部の端子 98を用いてプリント基板 70と電気的に接続する。磁界検出素子 4からの信号は端子 97、導体部 96、端子 98を経てプリント基板 70に導かれる。 80はプリント基板 70 に実装された信号処理回路で、磁界検出素子 4からの検出信号を処理し、回転体 1 の位置の絶対値を演算し出力する。

特許文献 1 :特開平 11 237257号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 従来の磁気式エンコーダ装置は、フレキシブルプリント基板上に形成した端子へ磁界検出素子を実装する。フレキシブルプリント基板を曲げて固定体に取付けているため、フレキシブルプリント基板の蘇生力により、固定体からずれたりすることにより磁界検出素子の位置精度が悪くなり、これにより磁界検出素子の出力信号間に位相誤差が発生し、磁気式エンコーダの検出角度精度が悪くなるという問題があった。また、フレキシブルプリント基板は熱膨張率が大きいいため、温度の変化によって、フレキシブルキバンの端子パターン上に配置されて!/、る磁界検出素子の位置が変化し、これにより磁界検出素子の出力信号の位相差が温度によって変化するため、磁気式ェンコーダの温度に対する精度が悪くなるという問題があった。

[0007] 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、磁界検出素子の固定体への実装位置精度が高ぐまた、温度による磁界検出素子の位置の変化が小さい検出角度精度の高い磁気式エンコーダ装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。

請求項 1に記載の発明は、回転体に固定され、前記回転体の軸と垂直方向の一方向に磁化された円板状又はリング状の永久磁石と、前記永久磁石を配置するための空間部が形成された固定体と、前記永久磁石と径方向に空隙を介して対向し、前記固定体の側面に取り付けられた複数の磁界検出素子と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置において、前記固定体は電気絶縁体からなる基材の側面に前記磁界検出素子と電気的に接続するための導電性のパッドを備えたこと特徴としている。

請求項 2に記載の発明は、前記固定体は、セラミックスで構成されたことを特徴としている。

請求項 3に記載の発明は、前記固定体は、前記磁界検出素子に電源を供給する電源パターン若しくは前記電源パターンおよび前記磁界検出素子の出力端子に接続する信号パターンが形成されたことを特徴としている。

請求項 4に記載の発明は、前記固定体は、内部に円筒状の空間部が形成された略正四角柱を成すことを特徴としている。

請求項 5に記載の発明は、前記固定体は略正方形状の空間部を有することを特徴としている。

請求項 6に記載の発明は、前記固定体は、側面に前記磁界検出素子を固定する位置決め部が形成されてレ、ることを特徴として!/、る。

請求項 7に記載の発明は、前記位置決め部は、前記磁界検出素子の位置決めの基準となる中心泉であることを特徴としている。

請求項 8に記載の発明は、前記磁界検出素子はパッケージ内にホール素子を備えたホールセンサであること特徴として!/、る。

請求項 9に記載の発明は、回転体に固定され、前記回転体の軸と垂直方向の一方向に磁化された円板状又はリング状の永久磁石と、前記永久磁石を配置するための空間部が形成された固定体と、前記永久磁石と径方向に空隙を介して対向し、前記固定体の側面に取り付けられた 4個の磁界検出素子と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置の製造方法において、前記磁界検出素子のパッケージ内のチップ位置が互いに 90度位置となるよう前記磁界検出素子を前記固定体に固着することを特徴としている。

請求項 10に記載の発明は、前記固定体の側面に位置決めの基準となる中心線を形成し、前記パッケージに対するパッケージ内の前記チップ位置を予め測定し、前記チップ位置が前記中心線に一致するよう前記固定体に対する前記パッケージの取付け位置を調整し、前記固定体に固定することを特徴としている。

発明の効果請求項 1に記載の発明によると、絶縁体で構成された固定体の側面に導電性のパッドを形成し、磁界検出素子を配置したので、磁界検出素子を高精度に位置決めできる。従って、磁界検出素子間の出力信号の位相誤差が小さぐ回転角度検出精度が向上する。

請求項 2記載の発明によると、固定体をセラミックスで構成すれば、温度変化に対する固定体変形がほとんど無視できるため、温度に対する磁界検出素子の出力信号の位相差変化が小さぐ温度特性の優れた磁気式エンコーダが実現できる。

請求項 3記載の発明によると、固定体に磁界検出素子の電源パターン若しくは電源パターンおよび信号パターンを形成すれば、磁界検出素子への配線数を少なくできる。

請求項 4記載の発明によると、固定体は、内部に円筒状の空間部が形成された略正四角柱とすれば、略正四角柱の側面に磁界検出素子を配置することによって、簡単に互いに 90度位相差を有する精度のよ!/、検出信号が得られる。

請求項 5記載の発明によると、固定体に略正四角形の空間部を設ければ、固定体のこの空間部の側面に磁界検出素子を配置できるので、空間部に配置した永久磁石と磁界検出素子の空隙を小さくできる。従って、磁界検出素子からの検出信号が大きくなり、ノイズに強い磁気式エンコーダ装置が実現できる。

請求項 6又は 7記載の発明によると、固定体の側面に磁界検出素子を固定する位置決め部を形成すれば、簡単に精度良く磁界検出素子を固定できる。

請求項 8記載の発明によると、磁界検出素子にホールセンサを用いれば、小型で低コストの磁気式エンコーダ装置が実現できる。

請求項 9記載の発明によると、磁界検出素子のチップ位置を X線等の光学的検出装置で測定し、チップ位置が互いに 90度位置となるよう固定体に固着するので、より精度の高い位置決めができる。従って検出精度がさらに向上する。

請求項 10記載の発明によると、磁界検出素子のチップ位置と磁界検出素子パッケージに形成されたセンサセンタとの誤差を求め、この誤差を見込んで磁界検出素子を固着すれば、磁界検出素子パッケージ内のチップ位置による位置誤差が吸収され、検出精度がさらに向上する。図面の簡単な説明

[0010] [図 1]本発明の第 1実施例を示す磁気式エンコーダ装置の（a)は正面図、（b)は図 1 ( a)の A— A線断面図である。

[図 2]本発明の第 1実施例における固定体の構成を示す斜視図である。

[図 3]本発明の第 1実施例における固定体と、磁界検出素子およびフレキシブルプリント基板の接続のようすを示す斜視図である。

[図 4]本発明の第 1実施例における磁界検出素子出力波形図である。

[図 5]本発明の第 2実施例おける固定体の斜視図である。

[図 6]本発明の第 2実施例における磁界検出素子から出力される疑似正弦波の温度に対する位相差への影響を測定したグラフである。

[図 7]本発明の第 3実施例を示す固定体の正面図である。

[図 8]本発明の第 3実施例における磁界検出素子のチップ位置を示す図である。

[図 9]本発明の第 4実施例における固定体側面上の磁界検出素子位置を示す固定体の部分側面図である。

[図 10]従来の磁気式エンコーダの装置の構成図である。

[図 11]従来の磁気式エンコーダの装置におけるフレキシブルプリント基板の展開正面図である。

符号の説明

[0011] 1 回転体、

2 永久磁石

28、 29 空間部

3、 30 固定体

31 銅パターン

311 電源パターン

312 信号パターン

32 、 33 ノッド、

35 センサセンタ

36 センサセンタ中心泉 37 固定体の中心位置を示す刻線

38 チップ中心

4 磁界検出素子

41 A+相磁界検出素子

42 B +相磁界検出素子

43 A—相磁界検出素子

44 B—相磁界検出素子

45 磁界検出素子リード

46 磁界検出素子チップ

47 チップ位置基準範囲

48 パッケージ

5、 51 フレーム

6 カバー

7 フレキシブルプリント基板

70 プリント基板

71 端子

72 配線パターン

80 信号処理回路

9 フレキシブルプリント基板

91 固定部

92 中央部

93 連結部

94 くびれ部

95 把持部

96 導体部

97, 98 端子

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。実施例 1

[0013] 図 1は、本発明の第 1実施例を示す磁気式エンコーダ装置の（a)は正面図、（b)は図 1 (a)の A— A線断面図である。

図において、 2は回転体 1に固定された永久磁石で、永久磁石 2に記入した矢印は磁化の方向を示す。 3は絶縁体で構成された固定体で、本実施例ではガラスェポキシ基板を用いた。 4は磁界検出素子で、永久磁石 2に空隙を介して対向し、固定体 3 に取りつけられた 4つの磁界検出素子、 5は固定体 3を固定するフレーム、 6はフレーム 5に取りつけられるカバー、 7は磁界検出素子 4と図示しない信号処理回路とを接続する配線パターンが形成されたフレキシブルプリント基板である。

磁界検出素子 4の信号は、外部に配置した信号処理回路（図示せず）に接続され、信号処理回路で位置データに変換され上位コントローラに送信される。なお、図 l (a )では、カバー 6およびフレキシブルプリント基板 7は省略して!/、る。

[0014] 図 2は、本実施例における固定体の構成を示す斜視図で（a)は上面を上にした斜視図で、（b)は下面を上にした斜視図である。また、図 3は、固定体と、磁界検出素子およびフレキシブルプリント基板の接続のようすを示す斜視図である。

図 2に示すように固定体 3は略正四角柱を成し、中心部には円筒状の空間部 28が形成されている。角部は小さな円弧状になっており、フレーム 5の穴に内接して固定される。 311は、磁界検出素子の電源を供給する電源パターン、 312は磁界検出素子の出力端子に接続される信号パターンである。また、 32は固定体 3の側面に形成された複数のパッド、 33は固定体の上面に形成された複数のパッドである。側面に形成された複数のパッド 32の一部は信号パターン 312によって上面側のパッド 33に接続される。

[0015] 図 3に示すように、パッド 32には A+相磁界検出素子 41、 B +相磁界検出素子 42 、 A—相磁界検出素子 43、 B—相磁界検出素子 44の 4個の磁界検出素子 4が実装され、磁界検出素子 4のリード 45とそれぞれ電気的に接続される。また、ノンド 33はフレキシブルプリント基板 7の端子 71とそれぞれ接続され、配線パターン 72で信号処理回路（図示せず）へ接続される。

[0016] 図 4は磁界検出素子 4の出力信号波形図で、図に示すように疑似正弦波信号が出力される。図において A+相、 B +相、 A—相、 B—相はそれぞれ A+相磁界検出素子 41、 B +相磁界検出素子 42、 A—相磁界検出素子 43、 B—相磁界検出素子 44 からの出力信号である。磁界検出素子 4がそれぞれ 90° 角度位置に理想的に取りつけられていれば、 A+相に対してそれぞれ、 90° 位相差の B +相、 180° 位相差の A—相、 270° 位相差の B—相信号の理想的な位相差を持つ疑似正弦波信号が得られる。しかし、磁界検出素子 4が取付誤差をもつ場合、取付誤差はそのまま疑似正弦波信号の位相差誤差となって現われる。実際、従来技術の磁気式エンコーダ装置の場合、最大で約 11° の位相差誤差が現われる。これを取付誤差に換算すると約 0. 5mmに相当する。

[0017] 本実施例では、パッド 32の精度は基板に対して約 0. 1mm以下の公差で作成することが可能であり、永久磁石 2の中心点から磁界検出素子 4までの距離を従来技術と同じ 5mmとした場合、約 1. 1° の位相誤差となる。このように、パッドの位置精度が良くなるので、磁界検出素子の位置精度が向上する。従来技術に比べて約 10倍角度精度が良くなることがわかる。

また、固定体が、 4個の磁界検出素子のお互いの電源を接続する電源パターンを備えているので外部からの配線数を少なく出来、さらに、フレキシブルプリント基板との接続が上面のみでできるよう信号パターンが形成されているので磁気式ェンコ一ダ装置の構成が簡単になるとレ、う特徴がある。

実施例 2

[0018] 図 5は、本実施例における固定体の斜視図である。

図において、 30はセラミックスで製作した固定体である。本実施例が第 1実施例と異なる点は、固定体の材料にセラミックスを用いた点である。

[0019] セラミックスは、熱膨張率が低ぐガラスエポキシ基板（FR— 4)の 20〜40%、フレキシブルプリント基板（ポリイミド）の 4〜8%程度である。このセラミック固定体 30のパッド 32に磁界検出素子 4を取りつけた構成とすることにより、温度変化に対する熱膨張等の影響をほとんど受けず、温度変化による取りつけ位置角度の変化がほとんどないため、磁界検出素子から出力される疑似正弦波信号の温度変化による位相差誤差はほとんど現われな!/、。疑似正弦波の温度に対する位相差への影響を測定した結果を図 6に示す。この結果からも位相差誤差が現われていないことが明確である実施例 3

[0020] 図 7は、本発明の第 3実施例を示す固定体の正面図である。

図において、 29は、略正方形状の空間部である。本実施例ではこの空間部 29の側面にパッドを形成し、磁界検出素子 4を固定した。

本実施例が第 2実施例と異なる点は、第 2実施例では固定体の外周側の側面に磁界検出素子を配置していたが本実施例では固定体に形成した空間部の側面に磁界検出素子を配置した点である。

[0021] このように本実施例では、固定体に形成した空間部の側面に磁界検出素子を配置したので永久磁石と磁界検出素子の空隙を小さくできる。従って、磁界検出素子からの検出信号が大きくなり、ノイズに強い磁気式エンコーダ装置が実現できる。

実施例 4

[0022] 図 8は、本発明の第 4実施例における磁界検出素子のチップ位置を示す図である。

磁界検出素子としてホール素子を内蔵したホールセンサを用いた。

図において、 46は磁界検出素子チップ (ホール素子チップ）、 45は磁界検出素子リードで、チップ 46をマウントしワイヤボンディングにより図示しないチップ端子を接続している。

磁界検出素子チップ 46の位置はものによるバラツキがあり、これによつて検出信号に位相誤差が発生する。この誤差小さくするためには X線によりホールセンサ内部のチップ位置を測定し、この位置が永久磁石との相対回転方向における固定体 3上の側面の中心位置となるように配置すればよ!/、。

[0023] 次に、本実施例におけるホールセンサの位置決め方法について説明する。

図 9は固定体側面上の磁界検出素子位置を示す固定体の部分側面図である。図において、 35はホールセンサのパッケージ 48に形成されたセンサセンタで、円形状の凹部で構成されている。 36はこのセンサセンタの中心線を示す。 37は固定体の側面に形成した固定体の中心位置を示す刻線である。

[0024] 予め、 X線によりパッケージ 48内の磁界検出素子チップ 46の位置を測定しセンサセンタ 35との誤差を求める。この誤差を見込んで刻線 37に対するセンサセンタの位置を調整し固定体に固定する。なお、センサセンタ 35が形成されていないホールセンサについては、パッケージ 48の端面の位置を利用して位置決めすることができる。

[0025] このように、本実施例では磁界検出素子に安価なホールセンサを用い、パッケージに対するチップの位置誤差を見込んで固定体に固着しているので、チップ位置誤差による検出信号の位相誤差が改善され、安価で検出精度の良い磁気式エンコーダ装置が実現できる。

また、ホールセンサ内部のチップの位置のチップ位置基準範囲 47を決め、 X線により磁界検出素子内部のチップ位置を測定して、その基準範囲に入っているホールセンサを選別し、固定体 3上のパッド 32に取りければ、簡単に高精度の磁気式ェンコーダ装置が実現できる。

本実施例では、永久磁石は円板状のものしか記載していないが、リング状の永久磁石でも同じ効果が得られることは明らかである。

産業上の利用可能性

[0026] 本発明は、サーボモータの回転位置や回転速度を検出する小型の磁気式ェンコーダ装置として利用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 回転体に固定され、前記回転体の軸と垂直方向の一方向に磁化された円板状又はリング状の永久磁石と、前記永久磁石を配置するための空間部が形成された固定体と、前記永久磁石と径方向に空隙を介して対向し、前記固定体の側面に取り付けられた複数の磁界検出素子と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置にお!/、て、

前記固定体は電気絶縁体からなる基材の側面に前記磁界検出素子と電気的に接続するための導電性のパッドを備えたこと特徴とする磁気式エンコーダ装置。

[2] 前記固定体は、セラミックスで構成されたことを特徴とする請求項 1記載の磁気式ェンコーダ装置。

[3] 前記固定体は、前記磁界検出素子に電源を供給する電源パターン若しくは前記電源パターンおよび前記磁界検出素子の出力端子に接続する信号パターンが形成されたことを特徴とする請求項 1記載の磁気式エンコーダ装置。

[4] 前記固定体は、内部に円筒状の空間部が形成された略正四角柱を成すことを特徴とする請求項 1記載の磁気式エンコーダ装置。

[5] 前記固定体は略正方形状の空間部を有することを特徴とする請求項 1記載の磁気式エンコーダ装置。

[6] 前記固定体は、側面に前記磁界検出素子を固定する位置決め部が形成されていることを特徴とする請求項 1記載の磁気式エンコーダ装置。

[7] 前記位置決め部は、前記磁界検出素子の位置決めの基準となる中心線であることを特徴とする請求項 6記載の磁気式エンコーダ装置。

[8] 前記磁界検出素子は、パッケージ内にホール素子を備えたホールセンサであることを特徴とする請求項 1記載の磁気式エンコーダ装置。

[9] 回転体に固定され、前記回転体の軸と垂直方向の一方向に磁化された円板状又はリング状の永久磁石と、前記永久磁石を配置するための空間部が形成された固定体と、前記永久磁石と径方向に空隙を介して対向し、前記固定体の側面に取り付けられた 4個の磁界検出素子と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置の製造方法において、前記磁界検出素子のパッケージ内のチップ位置が互いに 90度位置となるよう前記磁界検出素子を前記固定体に固着することを特徴とする磁気式エンコーダ装置の製造方法。

前記固定体の側面に位置決めの基準となる中心線を形成し、前記パッケージに対するパッケージ内の前記チップ位置を予め測定し、前記チップ位置が前記中心線に一致するよう前記固定体に対する前記パッケージの取付け位置を調整し、前記固定体に固定することを特徴とする請求項 9記載の磁気式エンコーダ装置の製造方法。