JP2011033601A

JP2011033601A - 磁気式エンコーダにおいて磁石固定方法およびこの方法を用いた磁気式エンコーダ

Info

Publication number: JP2011033601A
Application number: JP2009183172A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Hashimoto; 克博橋本
Original assignee: Koyo Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: Koyo Electronics Industries Co Ltd
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】回転体の回転中心と磁石の磁力中心との間のずれを無くした状態で、磁石を回転体に固定する。
【解決手段】回転体に光硬化接着剤により上記磁石を設ける第１ステップと、回転体静止状態では回転体の回転中心を中心とする円周上で１８０度対向する１対２個の磁気検出素子を少なくとも直交２方向にそれぞれ配置し、また、回転体回転状態では回転体の回転中心を中心とする円周上で少なくとも１８０度対向する１対２個の磁気検出素子を配置する第２ステップと、上記両磁界検出素子の検出磁界が相殺されるよう上記回転体に対する上記磁石の位置を調整する第３ステップと、上記調整後に、上記接着剤を光照射することで固化して上記回転体に上記磁石を固定する第４ステップと、を含む。
【選択図】図７

Description

本発明は、磁石の回転磁界の変化を検出できる磁気センサを備えた磁気式エンコーダにおいて、その磁石の磁力中心と、その磁石を回転させる回転軸等の回転体の回転中心とを一致させて、磁石を回転体側に固定する方法、および、その方法を用いた磁気式エンコーダに関するものである。

回転軸等の各種回転体の回転角度を検出する磁気式エンコーダには、図９に示すものがある。この磁気式エンコーダは、回転軸１の軸端に敷設の円筒体３内部に固定配置された磁石５と、この磁石５と軸方向で対向する磁気センサ搭載基板７と、を含み、この磁気センサ搭載基板７を回転不動に非磁性基板９に固定した構成になっている。

磁気センサ搭載基板７は図１０で示すように、回転中心Ｏ´周りに９０度間隔で４つのチップ９ａ−９ｄを備える。各チップ９ａ−９ｄには素子Ｇ１−Ｇ８が２個ずつ設けられている。素子Ｇ１−Ｇ８は、交換バイアス層（反強磁性体層）、固定層（ピン止め層）、非磁性層、自由層（フリー層）と、が積層された構造を基本とする磁気抵抗効果素子である。

チップ９ａには素子Ｇ１，Ｇ２、チップ９ｂには素子Ｇ３，Ｇ４、チップ９ｃには素子Ｇ６，Ｇ５、チップ９ｄには素子Ｇ７，Ｇ８が設けられる。素子Ｇ１−Ｇ４は図１１で示すように第１ブリッジ回路１１、素子Ｇ５−Ｇ８は第２ブリッジ回路１３を構成する。回転軸１の回転に伴い、磁石５の磁界が回転する。この回転磁界により素子Ｇ１−Ｇ８の自由層の磁化の向きが変化させられ、素子Ｇ１−Ｇ８の抵抗値が、自由層の磁化の向きと固定層の磁化の向きとがなす角度に応じて変化するため、第１のブリッジ回路１１から＋ｓｉｎ信号と−ｓｉｎ信号とが出力され、第２のブリッジ回路１３から＋ｃｏｓ信号と−ｃｏｓ信号とが出力される。これら信号は差動増幅回路１５，１７で差動増幅され、ＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号を生成する。これらＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号から正接（ｔａｎ）が演算回路１９で演算され、その逆正接（アークｔａｎ）を求めることで、回転軸の回転角度が検出される（特許文献１参照）。

特開２００６−２０８２５５号公報

しかしながら、上記磁気式エンコーダにおいては、図１２で示すように、回転軸１の回転中心である軸中心Ｏ１と、磁石５の磁力中心Ｏ２との間にずれδが存在しているような場合、回転角度の検出精度が低下してしまう。

そこで、本発明では、回転軸等の回転体の回転中心と磁石の磁力中心との間のずれを無くす方法を提供すると共に、上記ずれがなくて回転角度検出を高精度に行うことができる磁気式エンコーダを提供する。

本発明による磁石固定方法は、回転体と一体回転するものでかつ少なくとも１８０度対向する一対のＮＳ極を持つ磁石と、上記回転体の回転に伴う上記磁石の回転磁界の変化を検出する複数の磁気センサが配置されかつ上記回転体とは別体の磁気センサ搭載基板と、を含み、上記磁気センサ搭載基板からの出力信号に基づいて上記回転体の回転角度を検出する磁気式エンコーダにおいて、上記磁石の磁力中心を上記回転体の回転中心に一致させるように上記磁石の位置調整を行ったうえで、当該磁石を上記回転体に固定する方法であって、上記位置調整を行うための位置調整板に磁石を固着すると共に、上記位置調整板を光硬化接着剤により回転体に接着する第１ステップと、回転体静止状態では回転体の回転中心を中心とする円周上で１８０度対向する１対２個の磁気検出素子を少なくとも直交２方向にそれぞれ配置し、また、回転体回転状態では回転体の回転中心を中心とする円周上で少なくとも１８０度対向する１対２個の磁気検出素子を配置する第２ステップと、少なくとも上記両磁気検出素子の検出磁気が相殺されるよう位置調整板の径方向位置を調整する第３ステップと、上記調整後に、上記光硬化接着剤に光を照射することで硬化させて位置調整板を回転体に本接着固定する第４ステップと、を含むことを特徴とする。

好ましくは、上記第３ステップでは、磁気検出素子を複数対設け、各対ごとの磁気検出素子出力が相殺されるように調整する。

好ましくは、上記接着剤は紫外線硬化型接着剤である。

好ましくは、上記磁気センサ搭載基板に配置される磁気センサは、磁気抵抗効果素子である。

好ましくは、上記磁気センサ搭載基板に配置される磁気センサは、ホール素子である。

上記回転体は、回転軸を含むと共に、回転軸に限定されず、回転する構造物を含むことができる。

本発明によれば、位置調整板の径方向位置調整により磁石の磁力中心を上記回転体の回転中心に一致しているかどうかを位置調整板を径方向に位置調整していき、磁気検出素子の出力が相殺されるときは、その相殺される位置で、光硬化接着剤を光照射により硬化させて、位置調整板を回転体に本接着固定することができるようにしたので、回転軸の回転中心と磁石の磁力中心との間のずれを高精度にかつ確実容易に無くすことができるようになる。

図１は本発明の実施の形態にかかる磁気式エンコーダの断面構成を示す図である。図２は図１で示す磁気式エンコーダを分解して示す図である。図３は図１の磁気式エンコーダにおいて磁石を回転軸に固定する方法の第１工程を示す図である。図４は上記方法の第２工程を示す図である。図５は上記方法の第３工程を示す図である。図６は上記図５の第４工程を平面的に示す図である。図７は第４工程の詳細を示す図である。図８は本発明の実施の形態にかかる磁気式エンコーダの他の例の構成を示す図である。図９は従来にかかる磁気式エンコーダの断面構成を示す図である。図１０は図９で示す磁気式エンコーダの磁気センサ搭載基板の構成を示す図である。図１１は磁気センサ搭載基板内の磁気抵抗効果素子による回路結線を示す図である。図１２は回転軸の軸中心（回転中心）と、磁石の磁力中心とのずれを示す図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る磁気式エンコーダにおける磁石の固定方法を説明する。この固定方法の説明の前提として回転軸に対する磁気式エンコーダの取り付け形態を図１および図２を参照して説明する。図１は磁気式エンコーダの断面側面図、図２はその分解斜視図である。これらの図において、符号１は回転体としての回転軸である。この回転軸１は、その一端側軸端に有底の円筒体３が一体または別体で一体回転可能に設けられている。

ガラス板２１は、磁石５の径方向位置を調整する位置調整板として機能する。このガラス板２１の下面には磁石５が貼り付け固定されている。磁石５は、一対の平面視半円形状のＮＳ磁極が１８０度で相対向してなり、全体が平面視円形の磁石形状になっている。磁石５は、回転軸１軸端の円筒体３内部に収納されている。ガラス板２１は、円筒体３の端面３ａ上に接着固定されている。

磁気センサ搭載基板７は、磁石５に対して、軸方向一方側の上方適所で非接触状態で、対向配置されている。磁気センサ搭載基板７は非回転の不動体である非磁性基板９に固定されている。磁気センサ搭載基板７には、８個の磁気抵抗効果素子Ｇ１−Ｇ８が図１０を参照して上述した形態で配備されている。この磁気抵抗効果素子Ｇ１−Ｇ８は、いかなる磁気抵抗効果素子でもよく、例えば巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子とか、トンネル型磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子、等を挙げることができる。また、実施の形態では磁気抵抗効果素子を挙げているが、ホール素子等の他の磁気センサも含む。

以上の構成において、磁気式エンコーダは、磁気センサ搭載基板７と、磁気センサ搭載基板７上の８個の磁気抵抗効果素子Ｇ１−Ｇ８に対して回転磁界を与える磁石５と、を含む。

以上の構成を有する磁気式エンコーダにおいて、磁石５の磁力中心Ｏ２を回転軸１の軸中心（回転中心）Ｏ１に合わせ調整したうえで、磁石５を回転軸１に固定する方法を図３以降を参照して説明する。

まず、図３で示すように、磁石５をガラス板２１の下面に貼り付けて固定すると共に、ガラス板２１の下面において磁石５の周囲に光硬化型接着剤２３を塗布するか、または円筒体３の端面３ａに塗布する。

次いで、図４で示すように、ガラス板２１の下面を回転軸１軸端の円筒体３の端面３ａ上に載置する。この載置状態では、ガラス板２１下面は接着剤２３により円筒体３の端面３ａに接着される。この光硬化型接着剤２３は、好ましくは、紫外線照射により硬化する紫外線硬化型接着剤であり、光照射される前は粘性を有し、光照射により短時間で硬化するようになっている。上記接着は、光照射される前の段階で粘性を有した状態である。光硬化型接着剤２３を紫外線硬化型接着剤とした場合、ガラス板２１は紫外線を透過することができればよく、必ずしも透明である必要はない。

また、円筒体３の内径２ｒ１は、磁石５の外径２ｒ２より大きいので、ガラス板２１を径方向移動させて磁石５を円筒体３内部で径方向に移動させることができるようになっている。すなわち、円筒体３の内周面と磁石５の外周面との間には径方向隙間が存在する。これにより、ガラス板２１下面を円筒体３の端面３ａに搭載しかつ光照射する前の仮接着の段階では、ガラス板２１は円筒体３の端面３ａ上を径方向に移動調整させることができる。そのため、ガラス板２１の径方向移動調整により、ガラス板２１下面の磁石５を径方向で位置調整することができるようになっている。

次に、図５および図６で示すように、ガラス板２１周囲の円周方向等間隔の８箇所に磁気検出素子Ｓ１−Ｓ８を配置する。磁気検出素子Ｓ１−Ｓ８の配置中心は、回転軸の軸中心Ｏ１に合わせられている。磁気検出素子Ｓ１−Ｓ８では、軸中心Ｏ１の円周Ｃ１上において１８０度離れて対向する素子の組み合わせ、すなわち、符号で第１方向（Ｓ１，Ｓ５）、第２方向（Ｓ２，Ｓ６）、第３方向（Ｓ３，Ｓ７）、第４方向（Ｓ４，Ｓ８）それぞれの組み合わせで、ガラス板２１の移動による磁石５の磁力中心Ｏ２を検出することができる。

例えば、図７（ａ）で示すように第３方向（Ｓ３，Ｓ７）においてガラス板２１を矢印Ｐ１方向に押して一方素子Ｓ７側に移動させた場合、素子Ｓ７出力が大きく、素子Ｓ３出力が小さくなる。また、図７（ｂ）で示すように第３方向（Ｓ３，Ｓ７）においてガラス板２１を矢印Ｐ２方向に押して他方素子Ｓ３側に移動させた場合、素子Ｓ３出力が大きく、素子Ｓ７出力が小さくなる。そして、図７（ｃ）で示すように、矢印Ｐ３，Ｐ４を押し位置調整することで、素子Ｓ３，Ｓ７の出力が同等のときは、それぞれの素子Ｓ３，Ｓ７出力は相殺される。この相殺により、その調整位置で回転軸１の軸中心Ｏ１と磁石５の磁力中心Ｏ２とが一致していることが判ることとなる。

こうして、各方向すべてで回転軸１の軸中心Ｏ１と磁石５の磁力中心とが一致するよう調整した後は、光硬化接着剤２３を光照射により硬化させると、これによりガラス板２１を回転軸１に本接着して固定することができる。

なお、回転体である回転軸１を静止させた場合（回転体静止状態）では、少なくとも回転体の回転中心を中心とする円周上で１８０度対向して少なくとも１対２個の素子をｘ方向とこれと直交するｙ方向との直交２方向にそれぞれ配置する必要があるが、回転軸１を回転させた状態で調整する場合（回転体回転状態）では、回転軸１の回転中心を中心とする円周上で１８０度対向して少なくとも１対２個の素子で調整することができる。

以上から、実施の形態では、位置調整を行うためのガラス板２１に磁石５を固着すると共に、このガラス板２１を光硬化接着剤２３により回転軸１に仮接着する第１ステップと、回転軸１の回転中心Ｏ１を中心とする円周上で１８０度対向して少なくとも１対２個の磁気検出素子を配置する第２ステップと、少なくとも上記両磁気検出素子の検出磁気が相殺されるようガラス板２１の径方向位置を調整する第３ステップと、上記調整後に、上記光硬化接着剤に光を照射することで硬化させてガラス板２１を回転軸１に本接着固定する第４ステップとを含むので、回転軸１の軸中心Ｏ１と磁石５の磁力中心Ｏ２との間のずれを無くした状態で、磁石５を回転軸１に固定することができる。

なお、図８で示すように回転体２５上面の回転軸１を磁石５の中心穴５ａに挿入して固定する場合でも、ガラス板２１下面に磁石５を貼り付け固定すると共に、光硬化型接着剤を回転軸１の端面１ａに塗布し、回転軸１を磁石５の中心穴５ａに挿入しその塗布した接着剤上にガラス板２１下面中心を接着させ、上記と同様に、ガラス板２１を移動させることで磁気検出素子Ｓ１−Ｓ８それぞれの１８０度対向する組み合わせ素子の検出出力が相殺される位置で、接着剤に光照射させて硬化させることで、磁石５を回転体２５に固定することで回転軸１に一体回転するようにしてもよい。

１回転軸
３円筒体
５磁石
７磁気センサ搭載基板
Ｇ１−Ｇ８磁気抵抗効果素子（磁気センサ）
２１ガラス板

Claims

回転体と一体回転するものでかつ少なくとも１８０度対向する一対のＮＳ極を持つ磁石と、上記回転体の回転に伴う上記磁石の回転磁界の変化を検出する複数の磁気センサが配置されかつ上記回転体とは別体の磁気センサ搭載基板と、を含み、上記磁気センサ搭載基板からの出力信号に基づいて上記回転体の回転角度を検出する磁気式エンコーダにおいて、上記磁石の磁力中心を上記回転体の回転中心に一致させるように上記磁石の位置調整を行ったうえで、当該磁石を上記回転体に固定する方法であって、
上記位置調整を行うための位置調整板に磁石を固着すると共に、上記位置調整板を光硬化接着剤により回転体に接着する第１ステップと、
回転体静止状態では回転体の回転中心を中心とする円周上で１８０度対向する１対２個の磁気検出素子を少なくとも直交２方向にそれぞれ配置し、また、回転体回転状態では回転体の回転中心を中心とする円周上で少なくとも１８０度対向する１対２個の磁気検出素子を配置する第２ステップと、
少なくとも上記両磁気検出素子の検出磁気が相殺されるよう位置調整板の径方向位置を調整する第３ステップと、
上記調整後に、上記光硬化接着剤に光を照射することで硬化させて位置調整板を回転体に本接着固定する第４ステップと、
を含むことを特徴とする磁石固定方法。
上記位置調整板を透明板で構成する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
上記第３ステップでは、磁気検出素子を複数対設け、各対ごとの磁気検出素子出力が相殺されるように調整する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
上記光硬化接着剤が紫外線硬化型接着剤である、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
上記磁気センサ搭載基板に配置される磁気センサが、磁気抵抗効果素子である、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
上記磁気センサ搭載基板に配置される磁気センサが、ホール素子である、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
回転体と一体回転する、少なくとも１８０度対向する一対のＮＳ極を持つ磁石と、上記回転体の回転に伴う上記磁石の回転磁界の変化を検出する複数の磁気センサが配置されかつ上記回転体とは別体の磁気センサ搭載基板と、を含み、上記磁気センサ搭載基板からの出力信号に基づいて上記回転体の回転角度を検出する磁気式エンコーダであって、請求項１ないし６のいずれかに記載の方法により、上記磁石の磁力中心が上記回転体の回転中心に一致させられている、ことを特徴とする磁気式エンコーダ。