(57)【要約】磁界検出素子の固定体への実装位置精度が高く、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。絶縁体を基材とし、略正四角柱の固定体（３）の４つの側面に導電性のパッド（３２）を形成する。このパッド（３２）上に磁界検出素子（４）を実装する。固定体（３）の中心部には円筒状の空間部（２８）が形成されており、回転体（１）に固定された永久磁石（２）が空間部（２８）で回転すると磁界検出素子（４）から位相誤差の小さい出力信号が得られる。この出力信号を図示しない信号処理回路で角度信号に変換する。
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【特許請求の範囲】
【請求項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する磁気式エンコーダ装置。
【請求項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記載の磁気式エンコーダ装置。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項１０】
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。
【発明の詳細な説明】
【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エ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９４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に表面実装されている。【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】
【発明が解決しようとする課題】
【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い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、磁気式エ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く、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いることを特徴としている。
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線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いる。
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】
【０００９】
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く、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く、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い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  パッド
３５  センサセンタ
３６  センサセンタ中心線
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】
【００１２】
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エ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１（ａ）では、カバー６およびフレキシブルプリント基板７は省略している。【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、パッド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エンコーダ装置の構成が簡単になるという特徴がある。
【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、熱膨張率が低く、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い。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、これによっ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い。【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エ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エンコーダ装置として利用できる。
【図１】
2008047607.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2008047607.tif 000013
【国際調査報告】
2008047607.tif 000014
2008047607.tif 000015
2008047607.tif 000016
2008047607.tif 000017