JPH09243400A - 磁気式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 手間や費用がかかる磁気検出部１０４へのシ
ールド部材の取付けを省略し、さらにシールド部材の分
だけプリント基板１０３実装密度を上げる。 【解決手段】 回転軸１０１に取付けられ、所定の磁気
パターンを有する磁気符号板１０２と、この磁気符号板
１０２と所定の間隔を介して軸方向に対向するプリント
基板１０３に設けられ、磁気符号板１０２の磁極を検出
する磁気検出部１０４と、磁気検出部１０４からの信号
に基づいて磁気符号板１０２に対する磁気検出部１０４
の相対移動量を検出する相対移動量検出部１０５とから
なる磁気式エンコーダにおいて、プリント基板１０３の
導体パターン２を磁気検出部１０４と磁気符号板１０２
との間に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は磁気式エンコーダ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来の磁気式エンコーダの側面
図である。

【０００３】磁気式エンコーダ１００は、所定の磁気パ
ターンを有し、磁場を発生する磁気符号板１０２と、磁
気符号板１０２の磁場を検出する磁気検出部１０４と、
磁気検出部１０４からの信号に基づいて磁気符号板１０
２に対する磁気検出部１０４の回転数を検出する回転数
検出部１０５とから構成される。

【０００４】磁気符号板１０２は、図示しないモータの
回転軸１０１に設けられている。磁気検出部１０４は、
磁気符号板１０２と所定間隔を介して軸方向に対向する
ように、プリント基板１０３に設けられている。

【０００５】磁気検出部１０４は磁気抵抗素子１０４ａ
とバイアス磁石１０４ｂとからなり、プリント基板１０
３の下面に取り付けられるとともに、導電性かつ非磁性
材料で形成されたシールド部材１０６で覆われている。
なお、プリント基板１０３の上面には導体パターンが形
成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、モータの速
度は、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄ
ｕｌａｔｉｏｎ）制御によってモータを駆動するトラン
ジスタ等のスイッチング素子の通電時間を変えることで
制御される。

【０００７】しかし、このスイッチング素子は、スイッ
チング素子のオン、オフ時に、急峻な電圧又は電流変化
が起きるため、必然的に雑音（スイッチングノイズ）を
発生する。そして、このスイッチングノイズはモータの
フレームや回転軸１０１を介して磁気検出部１０４へ誘
導されるため、磁気検出部１０４を誤動作させてしま
う。

【０００８】このスイッチングノイズの磁気検出部１０
４への誘導を防止するため、従来においては、図１１に
示すように、導電性の非磁性材料からなるシールド部材
１０６を用いて磁気検出部１０４をシールドしていた。

【０００９】しかし、シールド部材１０６の取付けは、
シールド部材１０６を１つの部材として作製しなければ
ならないだけでなく、その取り付けのための工程を必要
とし、手間や費用がかかる。さらに、シールド部材１０
６を取付けた分だけプリント基板１０３は実装密度が低
下するという問題があった。

【００１０】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は安価かつプリント基板の実装密度
の高い磁気式エンコーダを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１記載の発明の磁気式エンコーダは、回転軸に設
けられ、磁場を発生する磁気符号板と、プリント基板に
設けられ、前記磁気符号板の磁場を検出する磁気検出手
段とを備えた磁気式エンコーダにおいて、前記プリント
基板は、前記磁気検出手段と前記磁気符号板との間に配
置され前記磁気検出手段をシールドする導体パターンを
有することを特徴とする。

【００１２】磁気符号板と磁気検出手段とをプリント基
板の導体パターンを挟んで配置したため、磁気符号板方
向から磁気検出手段へのスイッチングノイズが導体パタ
ーンによって遮断される。

【００１３】請求項２記載の発明の磁気式エンコーダ
は、前記導体パターンが、電源パターン又はアースパタ
ーンであることを特徴とする。

【００１４】磁気検出手段に特別なシールド部材を別途
設ける必要がない。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００１６】図１はこの発明の一実施形態に係る磁気式
エンコーダの平面図、図２はその側面図である。

【００１７】プリント基板１０３の下面には、例えば図
１に示す大きさ、形状をした電源パターン又はアースパ
ターン等の導体パターン２が設けられ、プリント基板１
０３の上面には磁気抵抗素子１０４ａが取付けられ、磁
気抵抗素子１０４ａにはバイアス磁石１０４ｂが取付け
られる。磁気抵抗素子１０４ａとバイアス磁石１０４ｂ
とから磁気検出部（磁気検出手段）１０４が構成され
る。導体パターン２は、磁気検出部１０４と磁気符号板
１０２との間に位置している。また、磁気検出部１０４
に隣接して回転数検出部１０５を設けている。

【００１８】図３は磁気符号板の平面図である。

【００１９】磁気符号板１０２はドーナツ状をした２つ
の磁石１０２ａ，１０２ｂからなり、それぞれの磁石１
０２ａ，１０２ｂの半円の磁区１０２ａ−１，１０２ａ
−２，１０２ｂ−１，１０２ｂ−２を図示のように異な
る極性（Ｎ極及びＳ極）同士で吸引させて構成してい
る。

【００２０】図４は磁気抵抗素子の平面図である。

【００２１】磁気抵抗素子１０４ａは硝子基板３等に金
属（Ｆｅ−Ｎｅ等）を蒸着して形成した互いに直交する
２つで一対の折り返しパターンＭＲ１，ＭＲ２からな
り、折り返しパターンの直交方向に磁場を加えることで
所定の出力特性を示す。このＦｅ−Ｎｅ等を用いた磁気
抵抗素子１０４ａにおいては、無磁場時の抵抗値の約３
％の抵抗変化率が得られる。なお、磁気抵抗素子１０４
ａのパターンＭＲ１，ＭＲ２の両端及び接続部にそれぞ
れＶIN端子、ＧＮＤ端子及びＶOUT 端子が形成されてい
る。

【００２２】この磁気抵抗素子１０４ａは、磁場がパタ
ーンの長軸に直角な方向（例えば、ＭＲ１に対しては矢
印ａの方向）から加わると抵抗値が低下する性質を有
し、低雑音、周波数特性が良いことを特徴とする。

【００２３】図５はバイアス磁石の平面図である。

【００２４】バイアス磁石１０４ｂとしては磁区１０４
ｂ−１（Ｎ極）及び磁区１０４ｂ−２（Ｓ極）からなる
矩形の平板状磁石を使用する。なお、１０４ｃは磁区境
界線である。

【００２５】図６はバイアス磁石、磁気抵抗素子及び磁
気符号板の配置を説明する斜視図である。

【００２６】磁気抵抗素子１０４ａはパターンＭＲ１，
ＭＲ２に対して４５度の角度をなす対角線ＤＬが磁気符
号板１０２の中心軸Ｌ１を通り、かつ中心Ｏ１を通る軸
Ｌ２が磁気符号板１０２を構成する磁石１０２ａ，１０
２ｂの磁区境界線ＢＬ１上に配置されている。

【００２７】また、バイアス磁石１０４ｂは磁区境界線
ＢＬ２が磁気抵抗素子の２つの折り返しパターンＭＲ
１，ＭＲ２に対して４５度の角度をなす対角線ＤＬ上に
配置されている。

【００２８】図７は図６のＡ矢視図である。

【００２９】したがって、バイアス磁石１０４ｂの磁区
境界線ＢＬ２が磁気符号板１０２の中心軸Ｌ１上を通
り、磁場の方向が磁気符号板１０２を構成する２つの磁
石１０２ａ，１０２ｂの磁区境界線ＢＬ１の接線方向と
なる。

【００３０】図８は磁気抵抗素子面における磁場を表す
ベクトル図である。

【００３１】磁気符号板１０２を構成する外周側磁石１
０２ａがＮ極のとき（図７参照）、磁気符号板１０２に
は中心方向へ向かう磁場Ｘ１が生じ、バイアス磁石１０
４ｂには磁気符号板１０２の接線方向へ向かう磁場Ｙ１
が生じるため、磁気符号板１０２とバイアス磁石１０４
ｂとの間に位置する磁気抵抗素子１０４ａには、両者の
合成磁場Ｇ１が加わる（図８（ａ））。

【００３２】一方、磁気符号板１０２が回転して外周側
磁石１０２ａがＳ極となったとき、磁気符号板１０２に
は中心から外方へ向かう磁場Ｘ２が生じ、バイアス磁石
１０２ｂには磁気符号板１０２の接線方向へ向かう磁場
Ｙ１が生じるため、磁気符号板１０２とバイアス磁石１
０２ｂとの間に位置する磁気抵抗素子１０４ａには、両
者の合成磁場Ｇ２が加わる（図８（ｂ））。

【００３３】すなわち、磁気符号板１０２とバイアス磁
石１０４ｂとの間の合成磁場は、磁気符号板が１８０度
回転することによって９０度方向が変化する。

【００３４】図９は磁気抵抗素子の回路図である。

【００３５】ＶIN端子に電圧ＶINを加え、ＧＮＤ端子を
接地するとＶOUT 端子には、ＶOUT＝（ＭＲ２／（ＭＲ
１＋ＭＲ２））×ＶINから導かれる電圧ＶOUT が出力す
る。

【００３６】したがって、回転軸１０１の回転に伴い磁
気符号板１０２が回転し、合成磁場が磁気抵抗素子１０
４ａの互いに直交する２つの折り返しパターンＭＲ１，
ＭＲ２に差動的に直角方向から加わったとき、合成磁場
と直交したパターンＭＲ１，ＭＲ２の抵抗値が下がるた
め、図１０に示すようにＶOUT 端子の出力が変化する。

【００３７】図１０はＶOUT 端子の出力特性を示す信号
波形図である。

【００３８】ＶOUT 端子は、磁気符号板１０２の１回転
に対して１周期の出力信号を出力する。なお、図からも
わかるように、出力電圧が最大又は最小となる磁区の境
界近くでは、磁気抵抗素子１０２は磁場の強さに応じた
抵抗変化が直線的でないため、出力信号は直線特性とな
らない。

【００３９】上記実施形態においては磁気検出手段とし
て磁気抵抗素子を使用したが、磁気抵抗素子に限るもの
ではなく、例えばホール素子を使用することもできる
が、消費電力が少ない磁気抵抗素子の方が好ましい。

【００４０】なお、導体パターン２は１枚のプリント基
板１０３の下面に電源パターン又はアースパターンとし
て形成されているが、多層プリント基板を使い、中間の
２面を電源パターン又はアースパターンとしてもよい。
また、磁気検出部１０４は、磁気符号板１０２に対して
プリント基板１０３を挟んだ反対側に取り付けられるが
検出精度に何ら影響を与えることはない。発生する磁場
の強度は用いる磁石によって変えられるからである。

【００４１】このように構成することで、導体パターン
２に磁気検出部１０４のシールド作用を行わせることが
できるため、従来必要としていたシールド部材１０６を
省略でき、磁気式エンコーダ１を安価に提供できる。ま
た、シールド部材１０６をプリント基板１０３に取り付
けるための手間がなくなる。更に、プリント基板１０３
は部品取り付け面積が広がり、部品の実装密度が高ま
る。

【００４２】上記実施形態の他の実施形態として導体パ
ターン２をプリント基板１０３の上面に磁気検出部１０
４とともに設けるようにしてもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上に説明したように請求項１又は２記
載の発明の磁気式エンコーダによれば、導体パターンは
シールド部材と同様に磁気符号板方向からのスイッチン
グノイズ等の外乱ノイズを遮蔽するシールド機能を発揮
でき、しかも、シールド部材のない分だけ実装密度を高
めることができるため、磁気式エンコーダの小型化を図
ることができるとともに、磁気式エンコーダを安価に提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一実施形態に係る磁気式エン
コーダの平面図である。

【図２】図１はこの発明の一実施形態に係る磁気式エン
コーダの側面図である。

【図３】図３は磁気符号板の平面図である。

【図４】図４は磁気抵抗素子の平面図である。

【図５】図５はバイアス磁石の平面図である。

【図６】図６はバイアス磁石、磁気抵抗素子及び磁気符
号板の配置を説明する斜視図である。

【図７】図７は図６のＡ矢視図である。

【図８】図８は磁気抵抗素子面における磁場を表すベク
トル図である。

【図９】図９は磁気抵抗素子の回路図である。

【図１０】図１０はＶOUT 端子の出力特性を示す信号波
形図である。

【図１１】図１１は従来の磁気式エンコーダの側面図で
ある。

【符号の説明】

１ 磁気式エンコーダ ２ 導体パターン １０１ 回転軸 １０２ 磁気符号板 １０３ プリント基板 １０４ 磁気検出部 １０４ａ 磁気抵抗素子 １０４ｂ バイアス磁石 １０５ 回転数検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 喜二 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に設けられ、磁場を発生する磁気
   符号板と、 プリント基板に設けられ、前記磁気符号板の磁場を検出
   する磁気検出手段とを備えた磁気式エンコーダにおい
   て、 前記プリント基板は、前記磁気検出手段と前記磁気符号
   板との間に配置され前記磁気検出手段をシールドする導
   体パターンを有することを特徴とする磁気式エンコー
   ダ。
2. 【請求項２】 前記導体パターンが、電源パターン又は
   アースパターン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。