特許 7064966 磁気式エンコーダ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-27

(45)【発行日】2022-05-11

(54)【発明の名称】磁気式エンコーダ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/244 20060101AFI20220428BHJP

   G01D 5/245 20060101ALI20220428BHJP

【ＦＩ】

G01D5/244 A

G01D5/245 110M

G01D5/245 110B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018107423

(22)【出願日】2018-06-05

(65)【公開番号】P2019211327

(43)【公開日】2019-12-12

【審査請求日】2021-05-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000002233

【氏名又は名称】日本電産サンキョー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142619

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100125690

【弁理士】

【氏名又は名称】小平 晋

(74)【代理人】

【識別番号】100153316

【弁理士】

【氏名又は名称】河口 伸子

(72)【発明者】

【氏名】川手 浩

(72)【発明者】

【氏名】森山 克也

【審査官】菅藤 政明

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－００４９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２７１６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１６５７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１９４４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４３２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１９８８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－２４４３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００９１５５４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／２４４－５／２４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気スケールと、
前記磁気スケールの移動を検出する磁気センサと、を有し、
前記磁気スケールは、前記磁気スケールと前記磁気センサとの相対移動方向において予め定めた原点を境にＮ極とＳ極とが並ぶ第１着磁パターンと、前記相対移動方向と直交する直交方向で前記第１着磁パターンの隣に接して設けられ、前記相対移動方向で前記原点を境にＳ極とＮ極とが並び、前記直交方向において前記第１着磁パターンのＮ極の隣にＳ極が位置し、前記第１着磁パターンのＳ極の隣にＮ極が位置する第２着磁パターンと、を備え、
前記磁気センサは、前記磁気スケールの原点を検出するための原点検出用の磁気抵抗素子を備え、
前記原点検出用の磁気抵抗素子は、前記相対移動方向に感磁方向を向け、前記第１着磁パターンと前記第２着磁パターンとの境界を跨いで前記磁気スケールに対向することを特徴とする磁気式エンコーダ。

【請求項2】

前記磁気スケールは、前記相対移動方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に複数配列された第１磁気トラックを有し、
前記第１磁気トラックは、前記直交方向で前記第１着磁パターンの前記第２着磁パターンとは反対側に、前記第１着磁パターンと隙間を開けて設けられており、
前記第１着磁パターンのＮ極の着磁領域は、前記相対移動方向で前記原点の一方側に位置し、前記相対移動方向を前記原点から前記第１磁気トラックの前記一方側の端まで延びており、
前記第１着磁パターンのＳ極の着磁領域は、前記相対移動方向で前記原点の他方側に位置し、前記相対移動方向を前記原点から前記第１磁気トラックの前記他方側の端まで延びており、
前記第２着磁パターンのＳ極の着磁領域は、前記相対移動方向で前記原点の一方側に位置し、前記相対移動方向を前記原点から前記第１磁気トラックの前記一方側の端まで延びており、
前記第２着磁パターンのＮ極の着磁領域は、前記相対移動方向で前記原点の他方側に位置し、前記相対移動方向を前記原点から前記第１磁気トラックの前記他方側の端まで延びていることを特徴とする請求項１に記載の磁気式エンコーダ。

【請求項3】

前記第１磁気トラックは、直線状に延びており、
前記第１着磁パターンのＮ極の着磁領域では、残留磁束密度は一定であり、
前記第１着磁パターンのＳ極の着磁領域では、残留磁束密度は一定であり、
前記第２着磁パターンのＳ極の着磁領域では、残留磁束密度は一定であり、
前記第２着磁パターンのＮ極の着磁領域では、残留磁束密度は一定であることを特徴とする請求項２に記載の磁気式エンコーダ。

【請求項4】

前記第１着磁パターンのＮ極の着磁領域では、前記原点から前記相対移動方向に離れるのに伴って残留磁束密度が低下し、
前記第１着磁パターンのＳ極の着磁領域では、前記原点から前記相対移動方向に離れるのに伴って残留磁束密度が低下し、
前記第２着磁パターンのＳ極の着磁領域では、前記原点から前記相対移動方向に離れるのに伴って残留磁束密度が低下し、
前記第２着磁パターンのＮ極の着磁領域では、前記原点から前記相対移動方向に離れるのに伴って残留磁束密度が低下することを特徴とする請求項２に記載の磁気式エンコーダ。

【請求項5】

前記第１着磁パターンのＮ極の着磁領域では、前記相対移動方向の一方側の端で残留磁束密度がゼロであり、
前記第１着磁パターンのＳ極の着磁領域では、前記相対移動方向の他方側の端で残留磁束密度がゼロであり、
前記第２着磁パターンのＳ極の着磁領域では、前記相対移動方向の一方側の端で残留磁束密度がゼロであり、
前記第２着磁パターンのＮ極の着磁領域では、前記相対移動方向の他方側の端で残留磁束密度がゼロであることを特徴とする請求項４に記載の磁気式エンコーダ。

【請求項6】

前記第１磁気トラックは、円環状であり、
前記第１着磁パターンのＮ極の着磁領域の前記相対移動方向の一方側の端と、前記第１着磁パターンのＳ極の着磁領域の前記相対移動方向の他方側の端とが連続しており、
前記第２着磁パターンのＳ極の着磁領域の前記相対移動方向の一方側の端と、前記第２着磁パターンのＮ極の着磁領域の前記相対移動方向の他方側の端とが連続していることを特徴とする請求項５に記載の磁気式エンコーダ。

【請求項7】

前記第１着磁パターンの前記直交方向の幅と、前記第２着磁パターンの前記直交方向の幅とは同一であることを特徴とする請求項２から６のうちのいずれか一項に記載の磁気式エンコーダ。

【請求項8】

前記磁気スケールは、前記第１磁気トラックの前記第１着磁パターンとは反対側に当該第１磁気トラックと接して設けられ当該第１磁気トラックと平行に延びる第２磁気トラック、および、前記第２磁気トラックの前記第１磁気トラックとは反対側に当該第２磁気トラックと接して設けられ当該第２トラックと平行に延びる第３磁気トラック、を備え、
前記第２磁気トラックでは、前記相対移動方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に複数配列され、前記直交方向において前記第１磁気トラックのＮ極の隣にＳ極が位置し、前記第１磁気トラックのＳ極の隣にＮ極が位置し、
前記第３磁気トラックでは、前記相対移動方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に複数配列され、前記直交方向において前記第２磁気トラックのＮ極の隣にＳ極が位置し、前記第２磁気トラックのＳ極の隣にＮ極が位置することを特徴とする請求項２から７のうちのいずれか一項に記載の磁気式エンコーダ。

【請求項9】

前記磁気センサは、９０°の位相差をもって前記磁気スケールの移動を検出するＡ相の磁気抵抗パターンおよびＢ相の磁気抵抗パターンを備え、
前記Ａ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差を持って前記磁気スケールの移動を検出する＋ａ相の磁気抵抗パターンおよび－ａ相の磁気抵抗パターンを備え、
前記Ｂ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差を持って前記磁気スケールの移動を検出する＋ｂ相の磁気抵抗パターンおよび－ｂ相の磁気抵抗パターンを備え、
前記＋ａ相の磁気抵抗パターンと、前記＋ｂ相の磁気抵抗パターンおよび前記－ｂ相の磁気抵抗パターンの一方とは、前記相対移動方向に感磁方向を向け、前記第１磁気トラックと前記第２磁気トラックとの境界を跨いで前記磁気スケールと対向し、
前記－ａ相の磁気抵抗パターンと、前記＋ｂ相の磁気抵抗パターンおよび前記－ｂ相の磁気抵抗パターンの他方とは、前記相対移動方向に感磁方向を向け、前記第２磁気トラックと前記第３磁気トラックとの境界を跨いで前記磁気スケールと対向することを特徴とする請求項８に記載の磁気式エンコーダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気スケールの原点を検出可能な磁気式エンコーダに関する。

【背景技術】

【0002】

磁気式エンコーダは特許文献１、２に記載されている。特許文献１の磁気式エンコーダは、磁気スケールと、磁気スケールの移動を検出する磁気センサと、を有する。磁気スケールは、磁気スケールと磁気センサとの相対移動方向に延びる第１磁気トラックと、相対移動方向と直交する直交方向で第１磁気トラックに接して第１磁気トラックと平行に延びる第２磁気トラックと、直交方向で第２磁気トラックに接して第２磁気トラックと平行に延びる第３磁気トラックとを備える。磁気センサは、感磁方向を相対移動方向に向けて第１磁気トラックと第２磁気トラックとの境界に対向する第１磁気抵抗パターンと、感磁方向を相対移動方向に向けて第２磁気トラックと第３磁気トラックとの境界に対向する第２磁気抵抗パターンとを備える。磁気センサは、第１磁気抵抗パターンからの信号と第２磁気抵抗パターンからの信号に基づいて、磁気スケールの移動を検出する。第１磁気抵抗パターンおよび第２磁気抵抗パターンは、磁気スケールの表面で面内方向の向きが変化する回転磁界を検出する。

【0003】

特許文献２に記載の磁気式エンコーダは、円環状の磁気スケールと、磁気スケールの回転を検出する磁気センサと、を有する。磁気スケールは、磁気スケールと磁気センサとの相対移動方向である円周方向で交互に異なる磁極が着磁された磁気トラックを備える。また、磁気スケールは、予め設定した原点でＮ極またはＳ極に着磁された着磁部分を備える。磁気センサは、磁気トラックに対向する第１センサ素子と、着磁パターンに対向可能な第２センサ素子と、を備える。磁気センサは、第１センサ素子からの信号に基づいて磁気スケールの回転を検出する。また、磁気センサは、第２センサ素子からの信号に基づいて、磁気スケールの原点を検出する。第２センサ素子は、磁気スケールに設けられた着磁部分の強弱磁界を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００７－２７１６０８号公報

【文献】特開２００７－１９８８４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の磁気式エンコーダにおいても、磁気スケールに設定した原点を検出することが考えられる。しかし、磁気スケールの原点に着磁部分を設け、磁気センサによって着磁部分の強弱磁界を検出して原点を検出する場合には、外部磁界により、原点の検出精度が低下するという問題がある。すなわち、磁気式エンコーダに外部磁界が印加されると、磁気抵抗素子からの信号の振幅が変動してしまい、磁気抵抗素子からの信号に基づいて原点を正確に検出できない場合が発生する。

【0006】

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、外部磁界が印加された場合でも磁気スケールの原点を精度よく検出できる磁気式エンコーダを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の磁気式エンコーダは、磁気スケールと、前記磁気スケールの移動を検出する磁気センサと、を有し、前記磁気スケールは、前記磁気スケー
ルと前記磁気センサとの相対移動方向において予め定めた原点を境にＮ極とＳ極とが並ぶ第１着磁パターンと、前記相対移動方向と直交する直交方向で前記第１着磁パターンの隣に接して設けられ、前記相対移動方向で前記原点を境にＳ極とＮ極とが並び、前記直交方向において前記第１着磁パターンのＮ極の隣にＳ極が位置し、前記第１着磁パターンのＳ極の隣にＮ極が位置する第２着磁パターンと、を備え、前記磁気センサは、前記磁気スケールの原点を検出するための原点検出用の磁気抵抗素子を備え、前記原点検出用の磁気抵抗素子は、前記相対移動方向に感磁方向を向け、前記第１着磁パターンと前記第２着磁パターンとの境界を跨いで前記磁気スケールに対向することを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、磁気スケールに設定した原点の周囲に設けられた第１着磁パターンおよび第２着磁パターンにより、磁気スケールの表面には面内方向の向きが変化する回転磁界が発生する。また、磁気センサが備える原点検出用の磁気抵抗素子は、第１着磁パターンと第２着磁パターンとの境界を跨いで磁気スケールに対向するので、回転磁界を検出できる。ここで、回転磁界を検出すれば、強弱磁界を検出する場合と比較して、外部磁界による影響を抑制できる。従って、磁気式エンコーダに外部磁界が印加された場合でも、原点を検出しやすい。

【0009】

本発明において、前記磁気スケールは、前記相対移動方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に複数配列された第１磁気トラックを有し、前記第１磁気トラックは、前記直交方向で前記第１着磁パターンの前記第２着磁パターンとは反対側に、前記第１着磁パターンと隙間を開けて設けられており、前記第１着磁パターンのＮ極の着磁領域は、前記相対移動方向で前記原点の一方側に位置し、前記相対移動方向を前記原点から前記第１磁気トラックの前記一方側の端まで延びており、前記第１着磁パターンのＳ極の着磁領域は、前記相対移動方向で前記原点の他方側に位置し、前記相対移動方向を前記原点から前記第１磁気トラックの前記他方側の端まで延びており、前記第２着磁パターンのＳ極の着磁領域は、前記相対移動方向で前記原点の一方側に位置し、前記相対移動方向を前記原点から前記第１磁気トラックの前記一方側の端まで延びており、前記第２着磁パターンのＮ極の着磁領域は、前記相対移動方向で前記原点の他方側に位置し、前記相対移動方向を前記原点から前記第１磁気トラックの前記他方側の端まで延びていることを特徴とする。

【0010】

このようにすれば、第１磁気トラックの磁界を検出することにより、スケールの移動を検出できる。また、第１着磁パターンおよび第２着磁パターンは、相対移動方向で第１磁気トラックの全長に渡って設けられている。従って、第１磁気トラックの磁界の検出によりスケールの移動を検出する間に、第１着磁パターンおよび第２着磁パターンに起因する強弱磁界が発生することを防止できる。よって、磁気抵抗パターンからの信号に強弱磁界に起因する信号が含まれて、原点の検出精度が低下することを防止できる。すなわち、第１着磁パターンが第１磁気トラックよりも短い場合には、相対移動方向において第１着磁パターンの隣に無着磁領域が設けられる。この結果、第１着磁パターンと無着磁領域との境界で強弱磁界が発生するので、磁気抵抗パターンからの信号に強弱磁界に起因する成分が含まれて、歪みが発生する。同様に、第２着磁パターンが第１磁気トラックよりも短い場合には、相対移動方向において第２着磁パターンの隣に無着磁領域が設けられる。この結果、第２着磁パターンと無着磁領域との境界で強弱磁界が発生するので、磁気抵抗パターンからの信号に強弱磁界に起因する成分が含まれて、歪みが発生する。これに対して、第１着磁パターンを第１磁気トラックの全長に渡って設ければ、相対移動方向で第１着磁パターンの隣に無着磁領域が形成されないので、強弱磁界が発生しない。同様に、第２着磁パターンを第１磁気トラックの全長に渡って設ければ、相対移動方向で第２着磁パターンの隣に無着磁領域が形成されないので、強弱磁界が発生しない。これにより、磁気抵抗パターンからの信号に強弱磁界に起因する成分が含まれることはなく、磁気抵抗パターンからの信号に歪みが発生することがない。よって、原点の検出精度が低下することを防止できる。

【0011】

ここで、第１着磁パターンや第２着磁パターンの相対移動方向の端に強弱磁界が発生する場合には、第１着磁パターンや第２着磁パターンの着磁を強くすると、強弱磁界が大きくなる。この結果、磁気抵抗パターンからの信号に、強弱磁界に起因する成分が含まれやすなり、信号の歪みが増大する。よって、強弱磁界が発生する場合には、第１着磁パターンや第２着磁パターンの着磁を強くて、これらの残留磁束密度を高めることが困難である。これに対して、第１着磁パターンおよび第２着磁パターンは第１磁気トラックの全長に渡って設ければ、第１着磁パターンおよび第２着磁パターンの相対移動方向の端で強弱磁界が発生しない。従って、第１着磁パターンや第２着磁パターンの着磁を強くした場合でも、磁気抵抗パターンからの信号に歪みが発生することはない。よって、第１着磁パターンおよび第２着磁パターンの着磁を比較的強くて残留磁束密度を高めることができる。ここで、第１着磁パターンおよび第２着磁パターンの残留磁束密度が高ければ、磁気抵抗パターンからの信号の振幅を比較的大きくすることができる。従って、磁気スケールと磁気センサとのギャップが増大した場合でも、磁気抵抗パターンからの信号の振幅が小さくなることを抑制できる。よって、磁気スケールと磁気センサとのギャップの変動に拘わらず磁気抵抗パターンからの信号に基づいて原点を検出しやすくなる。

【0012】

本発明において、磁気スケールをリニアスケールとする場合には、前記第１磁気トラックは、直線状に延びており、前記第１着磁パターンのＮ極の着磁領域では、残留磁束密度は一定であり、前記第１着磁パターンのＳ極の着磁領域では、残留磁束密度は一定であり、前記第２着磁パターンのＳ極の着磁領域では、残留磁束密度は一定であり、前記第２着磁パターンのＮ極の着磁領域では、残留磁束密度は一定であるものとすることができる。

【0013】

本発明において、前記第１着磁パターンのＮ極の着磁領域では、前記原点から前記相対移動方向に離れるのに伴って残留磁束密度が低下し、前記第１着磁パターンのＳ極の着磁領域では、前記原点から前記相対移動方向に離れるのに伴って残留磁束密度が低下し、前記第２着磁パターンのＳ極の着磁領域では、前記原点から前記相対移動方向に離れるのに伴って残留磁束密度が低下し、前記第２着磁パターンのＮ極の着磁領域では、前記原点から前記相対移動方向に離れるのに伴って残留磁束密度が低下するものとすることができる。

【0014】

本発明において、前記第１着磁パターンのＮ極の着磁領域では、前記相対移動方向の一方側の端で残留磁束密度がゼロであり、前記第１着磁パターンのＳ極の着磁領域では、前記相対移動方向の他方側の端で残留磁束密度がゼロであり、前記第２着磁パターンのＳ極の着磁領域では、前記相対移動方向の一方側の端で残留磁束密度がゼロであり、前記第２着磁パターンのＮ極の着磁領域では、前記相対移動方向の他方側の端で残留磁束密度がゼロであるものとすることができる。

【0015】

本発明において、磁気スケールをロータリスケールとする場合には、前記第１磁気トラックは、円環状であり、前記第１着磁パターンのＮ極の着磁領域の前記相対移動方向の一方側の端と、前記第１着磁パターンのＳ極の着磁領域の前記相対移動方向の他方側の端とが連続しており、前記第２着磁パターンのＳ極の着磁領域の前記相対移動方向の一方側の端と、前記第２着磁パターンのＮ極の着磁領域の前記相対移動方向の他方側の端とが連続しているものとすることができる。

【0016】

本発明において、前記第１着磁パターンの前記直交方向の幅と、前記第２着磁パターンの前記直交方向の幅とは同一であることが望ましい。このようにすれば、第１着磁パターンおよび第２着磁パターンにより形成される回転磁界が均一なものとなる。従って、外部磁界が印加される方向に拘わらず、外部磁界が第１着磁パターンおよび第２着磁パターンの表面の回転磁界に及ぼす影響を低減できる。

【0017】

本発明において、前記磁気スケールは、前記第１磁気トラックの前記第１着磁パターンとは反対側に当該第１磁気トラックと接して設けられ当該第１磁気トラックと平行に延びる第２磁気トラック、および、前記第２磁気トラックの前記第１磁気トラックとは反対側に当該第２磁気トラックと接して設けられ当該第２トラックと平行に延びる第３磁気トラック、を備え、前記第２磁気トラックでは、前記相対移動方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に複数配列され、前記直交方向において前記第１磁気トラックのＮ極の隣にＳ極が位置し、前記第１磁気トラックのＳ極の隣にＮ極が位置し、前記第３磁気トラックでは、前記相対移動方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に複数配列され、前記直交方向において前記第２磁気トラックのＮ極の隣にＳ極が位置し、前記第２磁気トラックのＳ極の隣にＮ極が位置することを特徴とする。このようにすれば、第１磁気トラック、第２磁気トラック、および第３磁気トラックにより、磁気スケールの表面に、磁気スケールの移動を検出するための回転磁界を発生させることができる。

【0018】

本発明において、前記磁気センサは、９０°の位相差をもって前記磁気スケールの移動を検出するＡ相の磁気抵抗パターンおよびＢ相の磁気抵抗パターンを備え、前記Ａ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差を持って前記磁気スケールの移動を検出する＋ａ相の磁気抵抗パターンおよび－ａ相の磁気抵抗パターンを備え、前記Ｂ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差を持って前記磁気スケールの移動を検出する＋ｂ相の磁気抵抗パターンおよび－ｂ相の磁気抵抗パターンを備え、前記＋ａ相の磁気抵抗パターンと、前記＋ｂ相の磁気抵抗パターンおよび前記－ｂ相の磁気抵抗パターンの一方とは、前記相対移動方向に感磁方向を向け、前記第１磁気トラックと前記第２磁気トラックとの境界を跨いで前記磁気スケールと対向し、前記－ａ相の磁気抵抗パターンと、前記＋ｂ相の磁気抵抗パターンおよび前記－ｂ相の磁気抵抗パターンの他方とは、前記相対移動方向に感磁方向を向け、前記第２磁気トラックと前記第３磁気トラックとの境界を跨いで前記磁気スケールと対向するものとすることができる。このようにすれば、第１磁気トラック、第２磁気トラック、および第３磁気トラックにより磁気スケールの表面に発生している回転磁界を検出して、磁気スケールの移動を検出できる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、磁気スケールの表面の回転磁界を検出することにより、磁気スケールの原点を検出できる。回転磁界は、強弱磁界と比較して外部磁界による影響が少ないので、本発明によれば、外部磁界が印加された場合でも原点を検出しやすい。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明を適用した実施例１の磁気式エンコーダの説明図である。

【図2】磁気スケールの磁気トラックと磁気センサのセンサ基板の説明図である。

【図3】Ａ相の磁気抵抗パターンの各磁気抵抗パターンが構成する回路図、および、Ｂ相の磁気抵抗パターンの各磁気抵抗パターンが構成する回路図である。

【図4】Ｚ相の磁気抵抗パターンの各磁気抵抗パターンが構成する回路図である。

【図5】実施例１の磁気式エンコーダにより得られる原点信号を示す図である。

【図6】比較例の磁気式エンコーダの磁気スケールの説明図である。

【図7】比較例の磁気式エンコーダにより得られる原点信号を示す図である。

【図8】本例と比較例とにおいて、印加する外部磁界を増大させた場合の原点信号の振幅の変化を示すグラフである。

【図9】変形例１の磁気式エンコーダの磁気スケールの説明図である。

【図10】変形例１の磁気式エンコーダにより得られる原点信号の図である。

【図11】実施例２磁気式エンコーダの説明図である。

【図12】実施例３磁気式エンコーダの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に、図面を参照して、本発明を適用した磁気式エンコーダを説明する。

【0022】

（実施例１）
図１は、本発明を適用した磁気式エンコーダの説明図である。図２（ａ）は磁気スケールの説明図であり、図２（ｂ）は磁気センサのセンサ基板の説明図である。図２（ｂ）ではセンサ基板を磁気スケールの側から見た場合を示す。

【0023】

本例の磁気式エンコーダ１はリニアエンコーダである。図１に示すように、磁気式エンコーダ１は、直線状に延びる磁気スケール２と、磁気スケール２を読み取る磁気センサ３と、を備える。磁気スケール２は、当該磁気スケール２と磁気センサ３との相対移動方向に延びるインクリメンタル信号用の磁気トラック５を備える。また、磁気スケール２は、相対移動方向と直交する直交方向でインクリメンタル信号用の磁気トラック５の隣に設けられた原点信号用の着磁パターン６を備える。

【0024】

以下の説明では、相対移動方向との直交方向をＸ方向、相対移動方向をＹ方向、Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向をＺ方向とする。Ｚ方向は、磁気スケール２と磁気センサ３とが対向する方向である。Ｘ方向において、原点信号用の着磁パターン６からインクリメンタル信号用の磁気トラック５に向かう方向を＋Ｘ方向、その反対方向を－Ｘ方向とする。Ｙ方向の一方側を＋Ｙ方向、他方側を－Ｙ方向とする。Ｚ方向において、磁気スケール２から磁気センサ３に向かう方向を＋Ｚ方向、その反対方向を－Ｚ方向とする。

【0025】

図１に示すように、磁気センサ３は、非磁性材料からなるホルダ７と、ホルダ７に収容されたセンサ基板８と、ホルダ７から＋Ｙ方向に延びるケーブル９を備える。ケーブル９はセンサ基板８に接続されている。ホルダ７は磁気スケール２と対向する対向面７ａに開口部１０を備える。センサ基板８は開口部１０を介して磁気スケール２に対向する。図２（ｂ）に示すように、センサ基板８において磁気スケール２に対向する基板面８ａには、インクリメンタル信号取得用の磁気抵抗素子１１と、原点検出用の磁気抵抗素子１２とが設けられている。

【0026】

磁気式エンコーダ１は、磁気スケール２および磁気センサ３の一方が固定体の側に配置され、他方が移動体の側に配置される。本例では、磁気スケール２が移動体の側に配置され、磁気センサ３が固定体の側に配置される。磁気スケール２は、磁気センサ３とＺ方向で所定のギャップを開けた状態で、Ｙ方向に移動する。

【0027】

（磁気スケール）
図２（ａ）に示すように、磁気スケール２は、Ｙ方向に延びるインクリメンタル信号用の磁気トラック５と、Ｘ方向でインクリメンタル信号用の磁気トラック５の隣に設けられた原点信号用の着磁パターン６を備える。インクリメンタル信号用の磁気トラック５と原点信号用の着磁パターン６との間には隙間１４が設けられている。従って、インクリメンタル信号用の磁気トラック５は、原点信号用の着磁パターン６とＸ方向で離間する。

【0028】

（インクリメンタル信号用の磁気トラック）
インクリメンタル信号用の磁気トラック５は、並列に配置された第１磁気トラック１５、第２磁気トラック１６、および、第３磁気トラック１７を備える。より具体的には、インクリメンタル信号用の磁気トラック５は、Ｙ方向に延びる第１磁気トラック１５と、第１磁気トラック１５の＋Ｘ方向に第１磁気トラック１５と接して設けられて第１磁気トラック１５と平行に延びる第２磁気トラック１６と、第２磁気トラック１６の＋Ｘ方向に第２磁気トラック１６と接して設けられて第２トラックと平行に延びる第３磁気トラック１７、を備える。

【0029】

第１磁気トラック１５では、Ｙ方向に沿ってＮ極とＳ極とが一定のピッチＰで交互に複数配列されている。第２磁気トラック１６では、Ｙ方向に沿ってＳ極とＮ極とが一定のピッチＰで交互に複数配列されている。第２磁気トラック１６では、Ｘ方向において第１磁気トラック１５のＮ極の隣にＳ極が位置し、第１磁気トラック１５のＳ極の隣にＮ極が位置する。第３磁気トラック１７では、Ｙ方向に沿ってＳ極とＮ極とが一定のピッチＰで交互に複数配列されている。第３磁気トラック１７では、Ｘ方向において第２磁気トラック１６のＮ極の隣にＳ極が位置し、第２磁気トラック１６のＳ極の隣にＮ極が位置する。本例では、第２トラックのＸ方向の幅は、第１磁気トラック１５のＸ方向の幅と比較して広い。また、第２トラックのＸ方向の幅は、第３磁気トラック１７のＸ方向の幅と比較して広い。

【0030】

（原点信号用の着磁パターン）
原点信号用の着磁パターン６は、Ｙ方向において予め定めた原点Ｏを境にＮ極とＳ極とが並ぶ第１着磁パターン２１を備える。本例では、原点Ｏは、Ｙ方向におけるインクリメンタル信号用の磁気トラック５の中央に設定されている。第１着磁パターン２１におけるＮ極とＳ極との間の着磁分極線は原点Ｏに位置する。また、原点信号用の着磁パターン６は、－Ｘ方向で第１着磁パターン２１の隣に接して設けられた第２着磁パターン２２を備える。第２着磁パターン２２では、Ｙ方向において予め定めた原点Ｏを境にＳ極とＮ極とが並ぶ。第２着磁パターン２２では、Ｘ方向において第１着磁パターン２１のＮ極の隣にＳ極が位置し、第１着磁パターン２１のＳ極の隣にＮ極が位置する。第２着磁パターン２２におけるＮ極とＳ極との間の着磁分極線は、原点Ｏに位置する。

【0031】

ここで、インクリメンタル信号用の各磁気トラック５（第１磁気トラック１５、第２磁気トラック１６、および第３磁気トラック１７）におけるＳ極とＮ極との間の着磁分極線と原点Ｏとは、Ｘ方向から見た場合に重なっていない。インクリメンタル信号用の各磁気トラック５において、原点Ｏに最も近い着磁分極線は、原点ＯからＹ方向に１／２ピッチずれている。

【0032】

第１着磁パターン２１のＳ極の着磁領域は、Ｙ方向で原点Ｏの－Ｙ方向に位置し、Ｙ方向を原点Ｏからインクリメンタル信号用の磁気トラック５の－Ｙ方向の端まで延びる。第１着磁パターン２１のＮ極の着磁領域は、Ｙ方向で原点Ｏの＋Ｙ方向に位置し、Ｙ方向を原点Ｏからインクリメンタル信号用の磁気トラック５の＋Ｙ方向の端まで延びる。従って、第１着磁パターン２１は、磁気センサ３が磁気スケール２の移動を検出する検出ストロークの全域に形成されている。第２着磁パターン２２のＮ極の着磁領域は、Ｙ方向で原点Ｏの－Ｙ方向に位置し、Ｙ方向を原点Ｏからインクリメンタル信号用の磁気トラック５の－Ｙ方向の端まで延びる。第２着磁パターン２２のＳ極の着磁領域は、Ｙ方向で原点Ｏの＋Ｙ方向に位置し、Ｙ方向を原点Ｏからインクリメンタル信号用の磁気トラック５の＋Ｙ方向の端まで延びる。従って、第２着磁パターン２２は、磁気センサ３が磁気スケール２の移動を検出する検出ストロークの全域に形成されている。

【0033】

第１着磁パターン２１のＸ方向の幅Ｄ１と第２着磁パターン２２のＸ方向の幅Ｄ２は同一である。また、第１着磁パターン２１のＸ方向の幅Ｄ１と、第１着磁パターン２１と第１着磁トラックとの間の隙間１４の寸法Ｅとは同一である。

【0034】

（磁気センサ）
センサ基板８は、ガラス或いはシリコンからなる。図２（ｂ）に示すように、センサ基板８は、磁気スケール２と対向する基板面８ａにインクリメンタル信号取得用の磁気抵抗素子１１と、原点検出用の磁気抵抗素子１２とを備える。インクリメンタル信号取得用の磁気抵抗素子１１と、原点検出用の磁気抵抗素子１２とは、Ｘ方向に配列されている。イ
ンクリメンタル信号取得用の磁気抵抗素子１１は原点検出用の磁気抵抗素子１２の＋Ｘ方向に位置する。

【0035】

（インクリメンタル信号取得用の磁気抵抗素子）
インクリメンタル信号取得用の磁気抵抗素子１１は、９０°の位相差をもって磁気スケール２の移動を検出するＡ相の磁気抵抗パターン３１およびＢ相の磁気抵抗パターン３２を備える。Ａ相の磁気抵抗パターン３１は、１８０°の位相差を持って磁気スケール２の移動を検出する＋ａ相の磁気抵抗パターン３１（＋ａ）および－ａ相の磁気抵抗パターン３１（－ａ）を備える。Ｂ相の磁気抵抗パターン３２は、１８０°の位相差を持って磁気スケール２の移動を検出する＋ｂ相の磁気抵抗パターン３２（＋ｂ）および－ｂ相の磁気抵抗パターン３２（－ｂ）を備える。＋ａ相の磁気抵抗パターン３１（＋ａ）、＋ｂ相の磁気抵抗パターン３２（＋ｂ）、－ａ相の磁気抵抗パターン３１（－ａ）、および、－ｂ相の磁気抵抗パターン３２（－ｂ）は、いずれも感磁方向をＹ方向に向けて設けられている。本例では、＋ａ相の磁気抵抗パターン３１（＋ａ）と＋ｂ相の磁気抵抗パターン３２（＋ｂ）とがＸ方向に配列されている。また、－ａ相の磁気抵抗パターン３１（－ａ）と－ｂ相の磁気抵抗パターン３２（－ｂ）とがＸ方向に配列されている。＋ａ相の磁気抵抗パターン３１（＋ａ）と－ｂ相の磁気抵抗パターン３２（－ｂ）とはＹ方向で隣り合う。－ａ相の磁気抵抗パターン３１（－ａ）と＋ｂ相の磁気抵抗パターン３２（＋ｂ）とはＹ方向で隣り合う。＋ａ相の磁気抵抗パターン３１（＋ａ）、＋ｂ相の磁気抵抗パターン３２（＋ｂ）、－ｂ相の磁気抵抗パターン３２（－ｂ）、および、－ａ相の磁気抵抗パターン３１（－ａ）は、基板面８ａの互いに重ならない領域に単層で形成されている。

【0036】

磁気センサ３を磁気スケール２に対向させたときに、－ａ相の磁気抵抗パターン３１（－ａ）と＋ｂ相の磁気抵抗パターン３２（＋ｂ）とは、インクリメンタル信号用の磁気トラック５の第１磁気トラック１５と第２磁気トラック１６との境界を跨いで磁気スケール２と対向する。これにより、－ａ相の磁気抵抗パターン３１（－ａ）と＋ｂ相の磁気抵抗パターン３２（＋ｂ）は、磁気スケール２において、Ｘ方向で隣り合う第１磁気トラック１５と第２磁気トラック１６の境界部分で発生する回転磁界を検出する。また、磁気センサ３を磁気スケール２に対向させたときに、＋ａ相の磁気抵抗パターン３１（＋ａ）と－ｂ相の磁気抵抗パターン３２（－ｂ）とは、インクリメンタル信号用の磁気トラック５の第２磁気トラック１６と第３磁気トラック１７との境界を跨いで磁気スケール２と対向する。これにより、＋ａ相の磁気抵抗パターン３１（＋ａ）と－ｂ相の磁気抵抗パターン３２（－ｂ）は、Ｘ方向で隣り合う第２磁気トラック１６と第３磁気トラック１７の境界部分で発生する回転磁界を検出する。

【0037】

また、インクリメンタル信号取得用の磁気抵抗素子１１は、その飽和感度領域を利用して回転磁界を検出する。すなわち、インクリメンタル信号取得用の磁気抵抗素子１１は、＋ａ相の磁気抵抗パターン３１（＋ａ）、＋ｂ相の磁気抵抗パターン３２（＋ｂ）、－ｂ相の磁気抵抗パターン３２（－ｂ）および－ａ相の磁気抵抗パターン３１（－ａ）に電流を流し、かつ、抵抗値が飽和する磁界強度を印加して、境界部分で面内方向の向きが変化する回転磁界を検出する。

【0038】

図３（ａ）はＡ相の磁気抵抗パターン３１の各磁気抵抗パターンが構成する回路図であり、図３（ｂ）はＢ相の磁気抵抗パターン３２の各磁気抵抗パターンが構成する回路図である。＋ａ相の磁気抵抗パターン３１（＋ａ）および－ａ相の磁気抵抗パターン３１（－ａ）は、図３（ａ）に示すように、ブリッジ回路を構成しており、いずれも一方端が電源端子（Ｖｃｃ）に接続され、他方端がグランド端子（ＧＮＤ）に接続されている。また、＋ａ相の磁気抵抗パターン３１（＋ａ）の中点位置には、＋ａ相が出力される端子＋ａが設けられ、－ａ相の磁気抵抗パターン３１（－ａ）の中点位置には、－ａ相が出力される端子－ａが設けられる。従って、端子＋ａ、端子－ａからの出力を減算器に入力すれば歪
の少ない正弦波の差動出力を得ることができる。

【0039】

同様に、＋ｂ相の磁気抵抗パターン３２（＋ｂ）および－ｂ相の磁気抵抗パターン３２（－ｂ）は、図３（ｂ）に示すように、ブリッジ回路を構成しており、いずれも一方端が電源端子（Ｖｃｃ）に接続され、他方端がグランド端子（ＧＮＤ）に接続されている。＋ｂ相の磁気抵抗パターン３２（＋ｂ）の中点位置には、＋ｂ相が出力される端子＋ｂが設けられ、－ｂ相の磁気抵抗パターン３２（－ｂ）の中点位置には、－ｂ相が出力される端子－ｂが設けられる。従って、端子＋ｂ、端子－ｂからの出力を減算器に入力すれば歪の少ない正弦波の差動出力を得ることができる。

【0040】

（原点検出用の磁気抵抗素子）
原点検出用の磁気抵抗素子１２は、１８０°の位相差を持って磁気スケール２の移動を検出する＋ｚ相の磁気抵抗パターン３５（＋ｚ）および－ｚ相の磁気抵抗パターン３５（－ｚ）を備える。＋ｚ相の磁気抵抗パターン３５（＋ｚ）および－ｚ相の磁気抵抗パターン３５（－ｚ）は、いずれも感磁方向をＹ方向に向けて設けられている。

【0041】

磁気センサ３を磁気スケール２に対向させたときに、＋ｚ相の磁気抵抗パターン３５（＋ｚ）および－ｚ相の磁気抵抗パターン３５（－ｚ）は、原点信号用の着磁パターン６の第１着磁パターン２１と第２着磁パターン２２の境界を跨いで磁気スケール２と対向する。＋ｚ相の磁気抵抗パターン３５（＋ｚ）および－ｚ相の磁気抵抗パターン３５（－ｚ）は、磁気スケール２において、Ｘ方向で隣り合う第１着磁パターン２１と第２着磁パターン２２の境界部分で発生する回転磁界を検出する。ここで、原点検出用の磁気抵抗素子１２は、その飽和感度領域を利用して回転磁界を検出する。すなわち、＋ｚ相の磁気抵抗パターン３５（＋ｚ）および－ｚ相の磁気抵抗パターン３５（－ｚ）に電流を流し、かつ、抵抗値が飽和する磁界強度を印加して、境界部分で面内方向の向きが変化する回転磁界を検出する。

【0042】

図４は＋ｚ相の磁気抵抗パターン３５（＋ｚ）および－ｚ相の磁気抵抗パターン３５（－ｚ）が構成する回路図である。＋ｚ相の磁気抵抗パターン３５（＋ｚ）および－ｚ相の磁気抵抗パターン３５（－ｚ）は、図４に示すように、ブリッジ回路を構成しており、いずれも一方端が電源端子（Ｖｃｃ）に接続され、他方端がグランド端子（ＧＮＤ）に接続されている。また、＋ｚ相の磁気抵抗パターン３５（＋ｚ）の中点位置には、＋ｚ相が出力される端子＋ｚが設けられ、－ｚ相の磁気抵抗パターン３５（－ｚ）の中点位置には、－ｚ相が出力される端子－ｚが設けられる。従って、端子＋ｚ、端子－ｚからの出力を減算器に入力すれば、原点Ｏにおいて振幅が大となる原点信号Ｓを得ることができる。図５は原点信号Ｓを示す図である。

【0043】

（作用効果）
本例の磁気式エンコーダ１によれば、磁気スケール２に設定した原点Ｏを境に設けられた第１着磁パターン２１および第２着磁パターン２２により、磁気スケール２の表面には面内方向の向きが変化する回転磁界が発生する。また、磁気センサ３が備える原点検出用の磁気抵抗素子は、第１着磁パターン２１と第２着磁パターン２２との境界を跨いで磁気スケール２に対向するので、この回転磁界を検出する。ここで、回転磁界を検出すれば、強弱磁界を検出する場合と比較して、外部磁界による影響を抑制できる。

【0044】

また、本例では、原点信号用の着磁パターン６（第１着磁パターン２１および第２着磁パターン２２）は、Ｙ方向（相対移動方向）でインクリメンタル信号用の磁気トラック５（第１磁気トラック１５、第２磁気トラック１６および第３磁気トラック１７）の全長に渡って設けられている。従って、インクリメンタル信号用の磁気トラック５の磁界の検出により磁気スケール２の移動を検出する検出ストロークの全域において、第１着磁パター
ン２１および第２着磁パターン２２に起因する強弱磁界が発生することを防止できる。よって、磁気抵抗パターンからの信号に強弱磁界に起因する信号が含まれて、原点Ｏの検出精度が低下することを防止できる。

【0045】

すなわち、第１着磁パターン２１がインクリメンタル信号用の磁気トラック５よりも短い場合には、Ｙ方向において第１着磁パターン２１の隣に無着磁領域が設けられる。この結果、第１着磁パターン２１と無着磁領域との境界で強弱磁界が発生するので、磁気抵抗パターンからの信号に強弱磁界に起因する信号が含まれ、歪みが発生する。同様に、第２着磁パターン２２がインクリメンタル信号用の磁気トラック５よりも短い場合には、Ｙ方向において第２着磁パターン２２の隣に無着磁領域が設けられる。この結果、第２着磁パターン２２と無着磁領域との境界で強弱磁界が発生するので、磁気抵抗パターンからの信号に強弱磁界に起因する信号が含まれ、歪みが発生する。これに対して、第１着磁パターン２１をインクリメンタル信号用の磁気トラック５の全長に渡って設ければ、Ｙ方向で第１着磁パターン２１の隣に無着磁領域が形成されないので、インクリメンタル信号用の磁気トラック５の磁界の検出により磁気スケール２の移動を検出する検出ストロークの全域において、強弱磁界が発生しない。同様に、第２着磁パターン２２をインクリメンタル信号用の磁気トラック５の全長に渡って設ければ、Ｙ方向で第２着磁パターン２２の隣に無着磁領域が形成されないので、インクリメンタル信号用の磁気トラック５の磁界の検出により磁気スケール２の移動を検出する検出ストロークの全域において、強弱磁界が発生しない。これにより、磁気抵抗パターンからの信号に強弱磁界に起因する歪みが発生することを防止できるので、原点Ｏの検出精度が低下することを防止できる。

【0046】

また、第１着磁パターン２１や第２着磁パターン２２のＹ方向の端に強弱磁界が発生する場合には、第１着磁パターン２１や第２着磁パターン２２の着磁を強くすると、強弱磁界が大きくなる。この結果、磁気抵抗パターンからの信号に、強弱磁界に起因する成分が含まれやすなり、信号の歪みが増大する。よって、強弱磁界が発生する場合には、第１着磁パターン２１や第２着磁パターン２２の着磁を強くて、これらの残留磁束密度を高めることが困難である。これに対して、第１着磁パターン２１および第２着磁パターン２２はインクリメンタル信号用の磁気トラック５の全長に渡って設けられていれば、第１着磁パターン２１および第２着磁パターン２２のＹ方向の端で強弱磁界が発生しない。従って、第１着磁パターン２１や第２着磁パターン２２の着磁を強くした場合でも、磁気抵抗パターンからの信号に歪みが発生することはない。よって、第１着磁パターン２１および第２着磁パターン２２の着磁を比較的強くて残留磁束密度を高めることができる。

【0047】

さらに、第１着磁パターン２１および第２着磁パターン２２の残留磁束密度を高くすることができれば、磁気抵抗パターンからの信号の振幅を比較的大きくすることができる。従って、磁気スケール２と磁気センサ３とのギャップが増大した場合でも、磁気抵抗パターンからの信号の振幅が小さくなることを抑制できる。よって、磁気スケール２と磁気センサ３とのギャップの変動に拘わらず、磁気抵抗パターンからの信号に基づいて原点Ｏを検出しやすくなる。

【0048】

ここで、図５（ａ）では、磁気式エンコーダ１に対して外部磁界が印加されていない場合の原点信号Ｓ（０ｍＴ）と、０．４ｍＴの外部磁界が＋Ｙ方向に印加されている場合の原点信号Ｓ（０．４ｍＴＹ）と、０．４ｍＴの外部磁界が＋Ｙ方向に対して４５°傾斜している方向に印加されている場合の原点信号Ｓ（０．４ｍＴ４５°）と、０．４ｍＴの外部磁界が＋Ｘ方向に印加されている場合の原点信号Ｓ（０．４ｍＴＸ）と、を重ねて示している。また、図５（ｂ）では、磁気式エンコーダ１に対して外部磁界が印加されていない場合の原点信号Ｓ（０ｍＴ）と、２．０ｍＴの外部磁界が＋Ｙ方向に印加されている場合の原点信号Ｓ（２ｍＴＹ）と、２．０ｍＴの外部磁界が＋Ｙ方向に対して４５°傾斜している方向に印加されている場合の原点信号Ｓ（２ｍＴ４５°）と、２．０ｍＴの外部磁
界が＋Ｘ方向に印加されている場合の原点信号Ｓ（２ｍＴＸ）と、を重ねて示している。原点信号Ｓはシミュレーションにより取得したものである。図５に示す例において、原点信号用の着磁パターン６（第１着磁パターン２１および第２着磁パターン２２）の残留磁束密度は４ｍＴである。

【0049】

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、磁気式エンコーダ１に対して外部磁界が印加されていない場合に原点検出用の磁気抵抗素子１２からの出力により得られる原点信号Ｓ（０ｍＴ）は、原点Ｏにおいて一つの大きなピークが現れている。従って、本例の磁気式エンコーダ１によれば、原点信号Ｓのピークに基づいて原点Ｏを正確に検出できる。

【0050】

ここで、図５（ａ）に示すように、磁気式エンコーダ１に０．４ｍＴの外部磁界が印加されている場合に磁気抵抗素子１２からの出力により取得できる原点信号Ｓ（０．４ｍＴ）、原点信号Ｓ（０．４ｍＴＹ）、原点信号Ｓ（０．４ｍＴ４５°）、原点信号Ｓ（０．４ｍＴＸ）と、磁気式エンコーダ１に外部磁界が印加されていない場合に磁気抵抗素子１２からの出力により取得できる原点信号Ｓ（０ｍＴ）とは、ほぼ一致している。すなわち、本例の磁気式エンコーダ１では、０．４ｍＴの外部磁界が印加された場合でも、原点検出用の磁気抵抗素子１２からの出力により得られる原点信号Ｓの振幅は、変化せず、原点信号Ｓの波形に歪みも発生しない。従って、磁気式エンコーダ１によれば、磁気スケール２に０．４ｍＴの外部磁界が印加された場合でも、原点信号Ｓに基づいて、原点Ｏを正確に取得できる。

【0051】

また、図５（ｂ）に示すように、磁気式エンコーダ１に２．０ｍＴの外部磁界が印加された場合に磁気抵抗素子１２からの出力により取得できる原点信号（２ｍＴＹ）、原点信号Ｓ（２ｍＴ４５°）、原点信号Ｓ（２ｍＴＸ）は、外部磁界が印加されていない場合に磁気抵抗素子１２からの出力により取得できる原点信号Ｓ（０ｍＴ）と比較して、振幅の減少が認められる。しかし、図５（ｂ）に示すように、原点信号Ｓ（０ｍＴ）に対する原点信号（２ｍＴＹ）、原点信号Ｓ（２ｍＴ４５°）および原点信号Ｓ（２ｍＴＸ）の振幅の減少はごく僅かである。また、外部磁界が印加された場合でも、原点信号Ｓの波形に歪みは発生していない。従って、本例の磁気式エンコーダ１によれば、磁気スケール２に２．０ｍＴの外部磁界が印加された場合でも、原点信号Ｓに基づいて、原点Ｏを正確に取得できる。

【0052】

（比較例）
ここで、比較例として、強弱磁界を利用して原点Ｏを検出する磁気式エンコーダを説明する。図６は比較例の磁気式エンコーダの磁気スケールの説明図である。なお、比較例の磁気式エンコーダ５０は磁気式エンコーダ１と対応する構成を備えるので、対応する構成には同一の符号を付して説明する。

【0053】

図６に示すように、比較例の磁気式エンコーダ５０の磁気スケール２は、本例の磁気スケール２と同一のインクリメンタル信号用の磁気トラック５を備える。また、インクリメンタル信号用の磁気トラック５の－Ｘ方向に、原点信号用の着磁パターン５１を備える。原点信号用の着磁パターン５１は、Ｙ方向において予め定めた原点Ｏを境にＮ極とＳ極とが並ぶ。着磁パターン５１におけるＮ極とＳ極との間の着磁分極線は原点Ｏに位置する。原点信号用の着磁パターン５１のＮ極の着磁領域のＹ方向の長さは、インクリメンタル信号用の着磁トラックにおける各極のピッチＰの１／２である。原点信号用の着磁パターン５１のＳ極の着磁領域のＹ方向の長さも、インクリメンタル信号用の着磁トラックにおける各極の着磁ピッチＰの１／２である。

【0054】

磁気センサ３は、磁気センサ３と同一である。磁気センサ３を磁気スケール２に対向させたときに、－ａ相の磁気抵抗パターン３１（－ａ）と＋ｂ相の磁気抵抗パターン３２（
＋ｂ）とは、インクリメンタル信号用の磁気トラック５の第１磁気トラック１５と第２磁気トラック１６との境界を跨いで磁気スケール２と対向する。－ａ相の磁気抵抗パターン３１（－ａ）と＋ｂ相の磁気抵抗パターン３２（＋ｂ）は、磁気スケール２において、Ｘ方向で隣り合う第１磁気トラック１５と第２磁気トラック１６の境界部分で発生する回転磁界を検出する。また、磁気センサ３を磁気スケール２に対向させたときに、＋ａ相の磁気抵抗パターン３１（＋ａ）と－ｂ相の磁気抵抗パターン３２（－ｂ）とは、インクリメンタル信号用の磁気トラック５の第２磁気トラック１６と第３磁気トラック１７との境界を跨いで磁気スケール２と対向する。＋ａ相の磁気抵抗パターン３１（＋ａ）と－ｂ相の磁気抵抗パターン３２（－ｂ）は、Ｘ方向で隣り合う第２磁気トラック１６と第３磁気トラック１７の境界部分で発生する回転磁界を検出する。

【0055】

また、インクリメンタル信号取得用の磁気抵抗素子１１は、その飽和感度領域を利用して回転磁界を検出する。すなわち、＋ａ相の磁気抵抗パターン３１（＋ａ）、－ｂ相の磁気抵抗パターン３２（－ｂ）、＋ｂ相の磁気抵抗パターン３２（＋ｂ）および－ａ相の磁気抵抗パターン３１（－ａ）に電流を流し、かつ、抵抗値が飽和する磁界強度を印加して、境界部分で面内方向の向きが変化する回転磁界を検出する。

【0056】

一方、比較例の磁気式エンコーダ５０では、磁気センサ３を磁気スケール２に対向させたときに、＋ｚ相の磁気抵抗パターン３５（＋ｚ）および－ｚ相の磁気抵抗パターン３５（－ｚ）は、原点信号用の着磁パターン５１の着磁部分に対向する。＋ｚ相の磁気抵抗パターン３５（＋ｚ）および－ｚ相の磁気抵抗パターン３５（－ｚ）は、原点信号用の着磁パターン５１が発生させる強弱磁界を検出する。なお、＋ｚ相の磁気抵抗パターン３５（＋ｚ）および－ｚ相の磁気抵抗パターン３５（－ｚ）に基づいて、原点信号Ｓを取得する構成は磁気式エンコーダ１と同一である。

【0057】

図７は比較例の磁気式エンコーダ５０において原点検出用の磁気抵抗素子１２からの出力により得られる原点信号Ｓ１の説明図である。図７では、磁気式エンコーダ５０に対して外部磁界が印加されていない場合の原点信号Ｓ１（０ｍＴ）と、０．４ｍＴの外部磁界が＋Ｙ方向に印加されている場合の原点信号Ｓ１（０．４ｍＴＹ＋）と、０．４ｍＴの外部磁界が－Ｙ方向に印加されている場合の原点信号Ｓ１（０．４ｍＴＹ－）と、０．４ｍＴの外部磁界が＋Ｘ方向に印加されている場合の原点信号Ｓ１（０．４ｍＴＸ）と、を重ねて示す。各原点信号Ｓ１のグラフはシミュレーションにより取得される。原点信号用の着磁パターン５１の残留磁束密度は２ｍＴである。

【0058】

図７に示すように、比較例において、磁気式エンコーダ５０に対して外部磁界が印加されていない場合に原点検出用の磁気抵抗素子１２からの出力により得られる原点信号Ｓ１（０ｍＴ）は、原点Ｏにおいてピークが現れている。従って、かかるピークに基づいて原点Ｏを取得できる。

【0059】

しかし、磁気式エンコーダ５０に０．４ｍＴの外部磁界が印加された場合には、磁気抵抗素子１２からの出力により取得できる原点信号Ｓ１（０．４ｍＴＹ＋）、原点信号Ｓ１（０．４ｍＴＹ－）、および原点信号Ｓ１（０．４ｍＴＸ）の振幅は、外部磁界が印加されていない場合に原点検出用の磁気抵抗素子１２からの出力により得られる原点信号Ｓと比較して、変動している。また、磁気スケール２に０．４ｍＴの外部磁界が印加された場合に原点検出用の磁気抵抗素子１２からの出力により得られる原点信号Ｓ１（０．４ｍＴＹ＋）、原点信号Ｓ１（０．４ｍＴＹ－）、および原点信号Ｓ１（０．４ｍＴＸ）の波形は、外部磁界が印加されていない場合に原点検出用の磁気抵抗素子１２からの出力により得られる原点信号Ｓ１（０ｍＴ）の波形と比較して歪んでいる。ここで、図５に示される本例の磁気式エンコーダ１の原点信号Ｓと図７に示される比較例の磁気式エンコーダ５０に原点信号Ｓ１とを比較すれば、本例の磁気式エンコーダ１が、外部磁界の影響を受けず
に、原点Ｏを精度良く検出できることが明らかである。

【0060】

なお、比較例の磁気式エンコーダ５０では、２ｍＴの外部磁界を印加した場合の原点信号Ｓ１をシミュレーションにより得ることは困難である。換言すれば、比較例の磁気式エンコーダ５０において、２ｍＴの外部磁界を印加した場合には、原点を検出することが困難である。

【0061】

次に、図８は、本例の磁気式エンコーダ５０に印加する外部磁界を増大させた場合の原点信号Ｓの振幅の変化と、比較例の磁気式エンコーダ５０に印加する外部磁界を増大させた場合の原点信号Ｓ１の振幅の変化とを示すグラフである。図８では、外部磁界を＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、－Ｙ方向、＋Ｚ方向に印加した場合の振幅の変化をそれぞれ示す。

【0062】

図８に示すように、本例では、印加する外部磁界を増大させた場合でも、原点信号Ｓの振幅の低下は、ほとんどない。また、外部磁界の印加の方向に拘わらず、原点信号Ｓの振幅の低下は、ほとんどない。一方、比較例では、外部磁界の印加の方向に拘わらず、印加する外部磁界を増大させるのに伴って原点信号Ｓ１の振幅が顕著に低下する。従って、本例の磁気式エンコーダ５０によれば、外部磁界の影響を受けずに、原点Ｏを精度良く検出できることが判る。

【0063】

ここで、本例では、第１着磁パターン２１の幅寸法Ｄ１と、第２着磁パターン２２の直交方向の幅とは同一である。これにより、第１着磁パターン２１および第２着磁パターン２２により形成される回転磁界が均一なものとなる。従って、外部磁界が印加される方向に拘わらず、外部磁界が第１着磁パターン２１および第２着磁パターン２２の表面の回転磁界に及ぼす影響を低減できる。

【0064】

また、本例では、インクリメンタル信号用の磁気トラック５は、並列に延びる第１磁気トラック１５、第２磁気トラック１６、および第３磁気トラック１７を備え、磁気スケール２の表面に、磁気スケール２の移動を検出するための回転磁界を発生させる。一方、インクリメンタル信号検出用の磁気抵抗素子は、第１磁気トラック１５、第２磁気トラック１６、および第３磁気トラック１７により磁気スケール２の表面に発生している回転磁界を検出する。また、インクリメンタル信号取得用の磁気抵抗素子１１は、その飽和感度領域を利用して回転磁界を検出する。従って、インクリメンタル信号についても、外部磁界の影響を受けずに、取得できる。

【0065】

（変形例１）
図９は変形例１の磁気式エンコーダ１Ａの磁気スケール２の説明図である。図９では、第１着磁パターン２１および第２着磁パターン２２における残留磁束密度の強弱を、濃淡で示す。なお、変形例１の磁気式エンコーダ１Ａは、磁気スケール２における第１着磁パターン２１のＮ極の着磁領域の着磁方法およびＳ極の着磁領域の着磁方法、並びに、第２着磁パターン２２のＮ極の着磁領域の着磁方法およびＳ極の着磁領域の着磁方法が上記の磁気式エンコーダ１Ａと相違する。しかし、他の構成は、磁気式エンコーダ１Ａと同一である。従って、第１着磁パターン２１のＮ極の着磁領域およびＳ極の着磁領域、並びに、第２着磁パターン２２のＮ極の着磁領域およびＳ極の着磁領域について説明して、他の説明は省略する。

【0066】

本例では、第１着磁パターン２１のＮ極の着磁領域では、原点Ｏから＋Ｙ方向に離れるのに伴って残留磁束密度が低下している。また、第１着磁パターン２１のＳ極の着磁領域では、原点Ｏから－Ｙ方向に離れるのに伴って残留磁束密度が低下している。同様に、第２着磁パターン２２のＳ極の着磁領域では、原点Ｏから＋Ｙ方向に離れるのに伴って残留磁束密度が低下している。また、第２着磁パターン２２のＮ極の着磁領域では、原点Ｏか
ら－Ｙ方向に離れるのに伴って残留磁束密度が低下している。

【0067】

さらに、本例では、第１着磁パターン２１のＮ極の着磁領域では、＋Ｙ方向の端で残留磁束密度がゼロである。また、第１着磁パターン２１のＳ極の着磁領域では、－Ｙ方向の他方側の端で残留磁束密度がゼロである。同様に、第２着磁パターン２２のＳ極の着磁領域では、＋Ｙ方向の端で残留磁束密度がゼロである。第２着磁パターン２２のＮ極の着磁領域では、－Ｙ方向の端で残留磁束密度がゼロである。

【0068】

図１０は変形例１の磁気式エンコーダ１Ａにより得られる原点信号Ｓの説明図である。図１０（ａ）では、磁気式エンコーダ１Ａに対して外部磁界が印加されていない場合の原点信号Ｓ（０ｍＴ）と、０．４ｍＴの外部磁界が＋Ｙ方向に印加されている場合の原点信号Ｓ（０．４ｍＴＹ）と、０．４ｍＴの外部磁界が＋Ｙ方向に対して４５°傾斜している方向に印加されている場合の原点信号Ｓ（０．４ｍＴ４５°）と、０．４ｍＴの外部磁界が＋Ｘ方向に印加されている場合の原点信号Ｓ（０．４ｍＴＸ）と、を重ねて示している。また、図１０（ｂ）では、磁気式エンコーダ１Ａに対して外部磁界が印加されていない場合の原点信号Ｓ（０ｍＴ）と、２．０ｍＴの外部磁界が＋Ｙ方向に印加されている場合の原点信号Ｓ（２ｍＴＹ）と、２．０ｍＴの外部磁界が＋Ｙ方向に対して４５°傾斜している方向に印加されている場合の原点信号Ｓ（２ｍＴ４５°）と、２．０ｍＴの外部磁界が＋Ｘ方向に印加されている場合の原点信号Ｓ（２ｍＴＸ）と、を重ねて示している。原点信号Ｓの波形はシミュレーションにより取得した。図１０に示す例において、原点信号用の着磁パターン６（第１着磁パターン２１および第２着磁パターン２２）の残留磁束密度は４ｍＴである。

【0069】

図１０（ａ）に示すように、磁気式エンコーダ１Ａに対して外部磁界が印加されていない場合に原点検出用の磁気抵抗素子１２からの出力により得られる原点信号Ｓ（０ｍＴ）は、原点Ｏにおいて一つの大きなピークが現れている。従って、本例の磁気式エンコーダ１Ａによれば、原点信号Ｓのピークに基づいて原点Ｏを正確に検出できる。

【0070】

また、図１０（ａ）に示すように、磁気式エンコーダ１Ａに０．４ｍＴの外部磁界が印加された場合に原点検出用の磁気抵抗素子１２からの出力により得られる原点信号Ｓ（０．４ｍＴＹ）、原点信号Ｓ（０．４ｍＴ４５°）、原点信号Ｓ（０．４ｍＴＸ）は、外部磁界が印加されていない場合に原点検出用の磁気抵抗素子１２からの出力により得られる原点信号Ｓ（０ｍＴ）とほぼ一致している。すなわち、磁気スケール２に０．４ｍＴの外部磁界が印加された場合でも、原点検出用の磁気抵抗素子１２からの出力により得られる原点信号Ｓの振幅は、変化せず、原点信号Ｓの波形に歪みも発生していない。従って、本例の磁気式エンコーダ１Ａによれば、磁気スケール２に０．４ｍＴの外部磁界が印加された場合でも、原点信号Ｓに基づいて、原点Ｏを正確に取得できる。

【0071】

また、図１０（ｂ）に示すように、磁気式エンコーダ１Ａに対して２．０ｍＴの外部磁界が印加された場合に原点検出用の磁気抵抗素子１２からの出力により得られる原点信号Ｓ（２ｍＴ４５°）、原点信号Ｓ（２ｍＴＸ）は、外部磁界が印加されていない場合に原点検出用の磁気抵抗素子１２からの出力により得られる原点信号Ｓと比較して、振幅の減少が認められる。しかし、図１０（ｂ）に示すように、原点信号Ｓの振幅の減少はごく僅かである。また、外部磁界が印加された場合でも、原点信号Ｓの波形に歪みは発生していない。従って、本例の磁気式エンコーダ１Ａによれば、磁気スケール２に２．０ｍＴの外部磁界が印加された場合でも、原点信号Ｓに基づいて、原点Ｏを正確に取得できる。

【0072】

このように、変形例１の磁気式エンコーダ１Ａにいても、上記の磁気式エンコーダ１と同一の作用効果を得ることができる。

【0073】

（実施例２）
図１１は実施例２の磁気式エンコーダの説明図である。図１１では、磁気スケール２における第１着磁パターン２１および第２着磁パターン２２における残留磁束密度の強弱を、濃淡で示す。実施例２の磁気式エンコーダ１Ｂは、ロータリコンコーダである。本例の磁気式エンコーダ１Ｂは、実施例１の磁気式エンコーダ１と対応する構成を備えるので、対応する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。

【0074】

磁気式エンコーダ１Ｂの磁気スケール２は円筒形状である。磁気スケール２の外周面には、インクリメンタル信号用の磁気トラック５と原点信号用の着磁パターン６が設けられている。磁気センサ３は、磁気スケール２の径方向の外側から磁気スケール２に対向する。磁気スケール２と磁気センサ３とは、磁気スケール２の軸線Ｌ回りの周方向で相対回転する。ここで、磁気センサ３は実施例１と同一である。

【0075】

本例では、インクリメンタル信号用の磁気トラック５は環状である。また、原点信号用の着磁パターン６も環状である。原点信号用の着磁パターン６における第１着磁パターン２１のＮ極の着磁領域では、原点Ｏから相対回転方向の一方側に離れるのに伴って残留磁束密度が低下している。第１着磁パターン２１のＳ極の着磁領域では、原点Ｏから相対回転方向の他方側に離れるのに伴って残留磁束密度が低下している。同様に、原点信号用の着磁パターン６における第２着磁パターン２２のＳ極の着磁領域では、原点Ｏから相対回転方向の一方側に離れるのに伴って残留磁束密度が低下している。第２着磁パターン２２のＮ極の着磁領域では、原点Ｏから相対回転方向の他方側に離れるのに伴って残留磁束密度が低下している。

【0076】

また、第１着磁パターン２１のＮ極の着磁領域では、相対回転方向の一方側の端で残留磁束密度がゼロである。第１着磁パターン２１のＳ極の着磁領域では、相対回転方向の他方側の他方側の端で残留磁束密度がゼロである。そして、第１着磁パターン２１のＮ極の着磁領域の一方側の端と、第１着磁パターン２１のＳ極の着磁領域の他方側の端とは、連続している。同様に、第２着磁パターン２２のＳ極の着磁領域では、相対回転方向の一方側の端で残留磁束密度がゼロである。第２着磁パターン２２のＮ極の着磁領域では、相対回転方向の他方側の端で残留磁束密度がゼロである。そして、第２着磁パターン２２のＳ極の着磁領域の一方側の端と、第２着磁パターン２２のＮ極の着磁領域の他方側の端とは、連続している。

【0077】

本例の磁気式エンコーダ１Ｂにおいても、実施例１の磁気式エンコーダ１Ｂと同様の作用効果を得ることができる。

【0078】

（実施例３）
図１２は実施例３の磁気式エンコーダの説明図である。図１２では、第１着磁パターン２１および第２着磁パターン２２における残留磁束密度の強弱を、濃淡で示す。実施例３の磁気式エンコーダ１Ｃは、ロータリコンコーダである。本例の磁気式エンコーダ１Ｃは、実施例２の磁気式エンコーダ１と対応する構成を備えるので、対応する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。

【0079】

本例では、磁気スケール２を円盤状として、その軸線Ｌ方向の一方の面に、環状のインクリメンタル信号用の磁気トラック５を設ける。また、インクリメンタル信号用の磁気トラック５の外周側、或いは、内周側に、インクリメンタル信号用の磁気トラック５と隙間１４を開けて環状の原点信号用の着磁パターン６を設ける。磁気センサ３は、軸線Ｌ方向から磁気スケール２に対向させる。

【0080】

本例の磁気式エンコーダ１Ｃにおいても、実施例１の磁気式エンコーダ１Ｂと同様の作
用効果を得ることができる。

【0081】

（その他の実施の形態）
上記の例では、磁気スケール２と磁気センサ３との相対移動方向において、原点信号用の着磁パターン６をインクリメンタル信号用の磁気トラック５の全域に設けているが、原点信号用の着磁パターン６をインクリメンタル信号用の磁気トラック５の全長より短くしてもよい。この場合でも、磁気センサ３によって原点信号用の着磁パターン６の回転磁界を検出して原点を取得すれば、比較例の磁気式エンコーダ５０のように強弱磁界を検出して原点を取得する場合と比較して、外部磁界の影響が少ない。

【0082】

ここで、原点信号用の着磁パターン６を、インクリメンタル信号用の磁気トラック５の全長よりも短くする場合には、実施例２の磁気式エンコーダ１Ａの磁気スケールと同様に、原点信号用の着磁パターン６における第１着磁パターン２１のＮ極の着磁領域では、原点Ｏから相対回転方向の一方側に離れるのに伴って残留磁束密度を低下させる。第１着磁パターン２１のＳ極の着磁領域では、原点Ｏから相対回転方向の他方側に離れるのに伴って残留磁束密度を低下させる。同様に、原点信号用の着磁パターン６における第２着磁パターン２２のＳ極の着磁領域では、原点Ｏから相対回転方向の一方側に離れるのに伴って残留磁束密度を低下させる。第２着磁パターン２２のＮ極の着磁領域では、原点Ｏから相対回転方向の他方側に離れるのに伴って残留磁束密度を低下させる。このようにすれば、原点信号用の着磁パターン６Ｙにおける相対移動方向の両端で強弱時間が発生することを防止或いは抑制できる。

【0083】

また、原点信号用の着磁パターン６を、インクリメンタル信号用の磁気トラック５の全長よりも短くする場合には、相対移動方向で磁気スケール２に複数の原点０を設定し、各原点０に原点信号用の着磁パターン６を設けることができる。このようにすれば、磁気式エンコーダにより複数の原点を検出できる。

【0084】

なお、上記の例では、インクリメンタル信号の取得に回転磁界を利用しているが、インクリメンタル信号の取得に強弱磁界を利用してもよい。この場合には、磁気スケール２に設けるインクリメンタル信号用の磁気トラック５は、第１磁気トラック１５のみとすることができる。

【0085】

また、センサ基板８の基板面８ａに、インクリメンタル信号検出用の磁気抵抗素子の＋ａ相の磁気抵抗パターン、－ａ相の磁気抵抗パターン、＋ｂ相の磁気抵抗パターン、および、－ｂ相の磁気抵抗パターンを積層して設けてもよい。この場合には、インクリメンタル信号用の磁気トラック５は、例えば、第１磁気トラック１５と第２磁気トラック１６の２本とすることができる。また、この場合には、センサ基板８上に積層したインクリメンタル信号検出用の磁気抵抗素子が、第１磁気トラック１５と第２磁気トラック１６との境界を跨いで磁気スケール２に対向するものとする。

【符号の説明】

【0086】

１・１Ａ・１Ｂ・１Ｃ…磁気式エンコーダ、２…磁気スケール、３…磁気センサ、５…インクリメンタル信号用の磁気トラック、６…原点信号用の磁気パターン、７…ホルダ、７ａ…対向面、８…センサ基板、８ａ…基板面、９…ケーブル、１０…開口部、１１…インクリメンタル信号取得用の磁気抵抗素子、１２…原点検出用の磁気抵抗素子、１４…隙間、１５…第１磁気トラック、１６…第２磁気トラック、１７…第３磁気トラック、２１…第１着磁パターン、２２…第２着磁パターン、３１…Ａ相の磁気抵抗パターン、３１（＋ａ）…＋ａ相の磁気抵抗パターン、３１（－ａ）…－ａ相の磁気抵抗パターン、３２…Ｂ相の磁気抵抗パターン、３２（＋ｂ）…＋ｂ相の磁気抵抗パターン、３２（－ｂ）…－ｂ相の磁気抵抗パターン、３５…Ｚ相の磁気抵抗パターン、３５（＋ｚ）…＋ｚ相の磁気抵
抗パターン、３５（－ｚ）…－ｚ相の磁気抵抗パターン、５０…比較例の磁気式エンコーダ、５１…比較例における原点信号用の着磁パターン、Ｓ・Ｓ１…原点信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】