(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定のピッチλで交互に逆向きに磁化された所定磁気パターンを有する磁気記録媒体と、磁気記録媒体に間隔を隔てて対向するように配設され、前記磁気パターンを電気抵抗変化として検出する磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗素子の電気抵抗変化を信号として取り出すフレキシブルプリント回路を備えた磁気センサとを有する磁気式エンコーダであって、磁気センサの少なくとも一部をフレキシブルプリント回路の樹脂部が覆い、該フレキシブルプリント回路の樹脂部の厚みを磁気センサと磁気媒体の間隔とし、フレキシブルプリント回路の樹脂部を変形させ磁気記録媒体と密着させ、それらを摺動させるような構成であることを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項２】
前記フレキシブルプリント回路の樹脂部の厚さが着磁ピッチλに対して０．２〜１λの範囲とすることを特徴とする請求項１に記載の磁気エンコーダ。
【請求項３】
フレキシブルプリント回路の樹脂部と磁気センサは固定されていないことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の磁気式エンコーダ。
【請求項４】
フレキシブルプリント回路の樹脂部は、磁気センサ幅ｗのｗ／１０以上磁気センサ端部より出ていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁気式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ドラムまたは磁気スケールとを組み合わせて、位置あるいは速度検出に使用される磁気センサの構成に係わり、特に磁気ドラムや磁気スケールと磁気センサとを接触させて用いる磁気センサと磁気式エンコーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように磁気式エンコーダにはドラムやスケール形状の磁気媒体１と磁気センサ素子３、フレキシブルプリント回路４からなる磁気センサ２との間に適当な間隔（以下ギャップｇと言う）が必要である。一般的にはギャップｇとは磁気抵抗効果素子５と磁気媒体の間隔を言うが、本発明においては、図７に示す様に磁気抵抗効果素子５を保護する目的で設けられた非磁性膜６の面と磁気媒体の間隔を言う。
【０００３】
磁気センサからの出力の大きさ、波形の歪みの関係から、磁気媒体の着磁ピッチλと最適ギャップｇ間には、ｇ＝０．５〜０．８λの関係がある。図５に磁気媒体の着磁ピッチλを４０μｍとし、磁気センサと磁気媒体の間隔を変化させた時の、磁気センサの出力電圧の関係を示す。ギャップｇが着磁ピッチλの約１／２以下では、センサの出力波形は飽和して歪みを生じるため、ギャップｇを狭くしても磁気センサの出力は大きくならない。またギャップｇを着磁ピッチλとほぼ同じ値まで大きくすると、磁気センサの磁気抵抗効果素子部に届く磁界が弱くなるため、磁場を感じる力が弱くなるため磁気センサの出力電圧は小さくなる。従って、安定したセンサ出力を得るためにはギャップｇを、ｇ＝０．５〜０．８λの範囲に保ち、センサの出力信号のばらつきを少なくする必要がある。
【０００４】
磁気式エンコーダは、出力電圧波形の歪みが小さく出力が大きくなるように、磁気センサの出力を測定しながらギャップｇを調整し、組立を行っている。
【０００５】
その他の方法としてはギャップｇに相当する厚さを持った治具を作製し、磁気媒体と磁気センサ間に治具を挿入し、磁気媒体と治具、磁気センサを密着させた状態で磁気センサを固定したあと、治具を除去する方法が多く用いられている。
【０００６】
また、図８ａ）もしくは図８ｂ）に示す方式がある。図８ａ）は、四弗化エチレン系樹脂やポリアミド系樹脂シート７を磁気媒体１の外周に貼り付ける構成である。図８ｂ）は磁気センサ素子３にシート７を貼付け、前記シートを介して磁気媒体１と磁気センサ２を接触、摺動する方式である。
【０００７】
磁気センサ２と磁気媒体１を組み合わせたドラム型磁気エンコーダを図６に示しながら説明する。磁気センサは磁気センサ素子３とフレキシブルプリント回路４（以下ＦＰＣと言う）を磁気センサ素子の端子部半田とＦＰＣの端子部半田を熱圧着した接合部８をもった構造となっている。接合部８は図７に示すように熱圧着するため半田が端子部よりはみ出した盛り上がった様な形状となる。
【０００８】
磁気媒体１と磁気センサ２を組み合わせた回転式磁気式エンコーダを図６に斜視図と図７に側面図で示している。磁気媒体表面外周方向には磁極がＮＳＳＮＮＳの様にＮとＮ、ＳとＳが対向する様に着磁されており，ＮとＳもしくはＳとＮの間隔を着磁ピッチλで表している。磁気媒体１は軸９に固定され軸９の回転と共に回転する。磁気センサ２と磁気媒体１とはギャップｇの間隔を持って対峙するように配置されている。ＦＰＣ４は磁気センサ素子３の磁気媒体１側に配置されるのが多い。ＦＰＣの厚みとギャップｇとの関係から、磁気媒体端部よりＦＰＣ４が外側に外れる位置に配置されるのが一般的である。
【０００９】
出力電圧波形の歪みが小さく出力が大きくなるように、磁気センサの出力を測定しながらギャップを調整し、組立を行う方法は最適のギャップ寸法が得られるため、磁気媒体や磁気センサの特性ばらつきを吸収し、磁気エンコーダとしての特性ばらつきは小さくすることが出来る。しかしながら、磁気エンコーダ毎にギャップを調整する方法は、実際にセンサ出力を見ながら最適ギャップに調整を行うため、組立工数がかかり原価低減を進める上で妨げになっている。
【００１０】
ギャップに相当する厚さを持った治具を作製し、磁気媒体と磁気センサ間に治具を挿入し、磁気媒体と治具、磁気センサを密着させた状態で磁気センサを固定したあと、治具を除去する方法を採用するには、ギャップｇが大きな値であれば容易であるが、例えば３０〜４０μｍという極小範囲に調整しなければならない場合は、治具を除去する際、磁気センサや記録媒体の表面に傷を付ける危険性があるため、採用が難しい。また、３０〜４０μｍの厚の治具を作ることも難しいものであった。
【００１１】
図８に、これらの欠点を解消する方法として、四弗化エチレン系樹脂やポリアミド系樹脂シート７を磁気媒体１もしくは磁気センサ素子３に貼付け、前記シート７を介して磁気媒体１と磁気センサ２を接触、摺動する方式を示す。図８ａ）はシートを磁気媒体側に貼り付けた構造、図８ｂ）はシート７を磁気センサ側に貼り付けた構造を示している。四弗化エチレン系樹脂やポリアミド系樹脂シート７を貼る工数は増加するが、前述した方法に比べシート貼りは磁気エンコーダ組立時に行う必要がなく、別工程で貼り付けできるため製造方法としては、採用し易いものである。しかし、シート７の貼付け樹脂がシートからはみ出した場合の処理等解決すべき問題は多い。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、磁気センサの製造工程を煩雑にせずに、かつ磁気式エンコーダのギャップ調整の工程を簡易化し、検出精度の良好な磁気式エンコーダを得ることを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気センサは、一定のピッチλで交互に逆向きに磁化された所定磁気パターンを有する磁気記録媒体に間隔を隔てて対向するように配設され、前記磁気パターンを電気抵抗変化として検出する磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、ＦＰＣの樹脂部がセンサ部の少なくとも一部を覆う構成である。
【００１４】
ＦＰＣの樹脂部とは導体用金属配線のない領域を言い、樹脂フィルムもしくは樹脂フィルムと接着剤からなる領域を言い、磁気抵抗効果素子を保護する目的で設けられた非磁性膜の面をＦＰＣの樹脂部で一部又は全域を覆う事で磁気センサと磁気記録媒体の間隔を確保する事ができる。
【００１５】
前記ＦＰＣの樹脂部の厚さを磁気センサと磁気記録媒体との間隔に等しくし、磁気媒体とＦＰＣ樹脂部を介して磁気センサを押しつけるだけでギャップｇが容易に得られ、工数のかかるギャップ調整が容易になるばかりではなく、磁気媒体や磁気センサ表面の傷の発生も防ぐことができる。
【００１６】
前記ＦＰＣの樹脂部の厚さを着磁ピッチλに対して０．２〜１λの値にすることにより、磁気センサからの出力波形の歪みを最小限に抑え十分な出力電圧を得ることができる。
【００１７】
本発明の磁気を感知する素子を保護する目的で設けられた非磁性膜の面の少なくとも一部を覆うＦＰＣの樹脂部は、接着剤により固定されておらず、磁気媒体と磁気センサの押しつける力で磁気センサ側に変形することにより、ギャップｇを得られるもので、接着剤の厚み分ギャップｇを小さくすることが可能となるばかりでなく、接着剤塗布および固着させる工程を省くことが可能となる。
【００１８】
本発明のＦＰＣの樹脂部は、磁気センサー幅ｗのｗ／１０以上磁気センサー端部より出ていることで、磁気媒体と磁気センサの相対的な動きにおいても、ＦＰＣの樹脂部のスリップスティックによる変形を防止することができ、磁気媒体と磁気センサの相対的な動きをスムーズに行うことが可能となる。
【００１９】
磁気媒体とＦＰＣ樹脂部の摺動部はシリコンオイル等の潤滑油を塗ることにより摩擦抵抗をより低下させることもできる。
【００２０】
本発明の磁気センサは、ＦＰＣ樹脂部の磁気センサーの端部より出ている部分が、磁気センサー側に曲面を持って反っていることで、ＦＰＣ樹脂部の端部の磁気媒体と磁気センサの対峙部分への巻き込みが防止される。
【００２１】
ＦＰＣ樹脂部の曲面は、ＦＰＣ端子部と磁気センサ端子部に付加された半田面を合わせ、加熱された治具で圧力を加えることで熱圧接する工程で同時に行うことも可能であるし、ＦＰＣ単体を別工程で曲面形成を行っても良い。
【００２２】
本発明の磁気センサは、磁気センサの電極とＦＰＣの電極とを半田で接合する際に発生する半田のオーバーフローを半田接合部の近傍に設けたＦＰＣの切り欠き部に逃がすことで、オーバーフローした半田がＦＰＣの磁気媒体対向面側に出ることや、隣接する電極間の短絡を防ぐことができる。もし、半田がＦＰＣの磁気媒体対向面側に一部でも飛び出すと、ギャップｇが変化するだけでなく、磁気媒体面に傷を誘発することとなる。ＦＰＣに設けた切り欠き部の形状は、磁気媒体移動方向と平行に設けることが好ましく、また、多数の電極端子各々に設けても良いし、複数の電極に対し一つの切り欠き部を設けても良い物である。切り欠き部の形状は、凹んだ穴、貫通した孔、切り欠き等の構造を含むものである。
【００２３】
本発明の磁気エンコーダは、磁気センサ側に設けられたＦＰＣの樹脂部の厚みを磁気センサと磁気媒体間のギャップｇとし、ＦＰＣの樹脂部を変形させ磁気記録媒体と密着させたものでギャップを安定にかつ容易に実現できるものである。
【００２４】
本発明の磁気エンコーダは、磁気媒体に磁気センサを押し付ける力ｆを１０ｇ以下にすることで磁気媒体と磁気センサの摺動をスムーズに行うことができる。８ｇ以下がより好ましいものである。１０ｇ以上の押し付け力では、ＦＰＣの樹脂層の磨耗が大きくなりゴミの発生が多くなるためである。また、１５ｇを越えるとＦＰＣ樹脂部と磁気媒体の摩擦により、摺動がスムーズに行かずＦＰＣの樹脂部が摺動方向に引っ張られる様な動き（スリップスティック）を起こし、最後にはＦＰＣの樹脂部が破損してしまうためである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の磁気センサであり、ａ）は斜視図、ｂ）は正面図、ｃ）は側面図である。図２は本発明の磁気センサを用いた磁気式エンコーダを説明する斜視図であり、図３は側面図である。図４は本発明の他の実施例に係る磁気センサであり、ａ）はＦＰＣの樹脂部の厚いタイプ、ｂ）は磁気センサ素子の両端にＦＰＣを引き出したタイプである。以下、符号は判り易いように従来例と同じ部品に付いては同じ符号を用いた。
【００２６】
（実施例１）図１を用い実施例に係る磁気センサを説明する。磁気センサ素子３はガラス基板に磁気抵抗効果素子５や引出し線１０を、フォトリソグラフィー技術とスパッタ製膜技術等を用い作製してある。磁気抵抗効果素子５の上面には非磁性の保護膜６が付加されている。引き出し線１０は磁気抵抗効果素子５とＦＰＣ接合部８を電気的に結合するものである。
【００２７】
ＦＰＣ１１は磁気センサ素子３を覆うように配置され、ＦＰＣのほぼ中央部でＦＰＣ１１と磁気センサ３は接合部８で半田により熱圧着され機械的および電気的に結合される。ＦＰＣ１１には磁気センサ素子３と反対の方向に導体部１２を介して外部端子１３が設けられている。磁気センサ３とＦＰＣ１１の接合強度を補強するため補強樹脂１４が塗られている。この、補強樹脂１４にはエポキシ系樹脂を用い１２０度の温度で３０分間空気中で加熱硬化させた。
【００２８】
ＦＰＣは、薄型と呼ばれているものでポリイミド系樹脂シート２５μｍ、接合接着層３５μｍ、銅回路層３５μｍ、接合接着層３５μｍ、ポリイミド系樹脂シート２５μｍの５層で合計１５５μｍ厚のものを使用した。磁気センサ素子３を覆うようにＦＰＣの樹脂部１５が配置されるが、銅回路層３５μｍ、両側の接合接着層、片側のポリイミド樹脂シートが無いためＦＰＣの樹脂部１５は２５μｍの厚みである。ＦＰＣの樹脂部１５は磁気センサ素子３とは樹脂等で接着されることなく、銅回路層厚３５μｍと接合部８の半田厚に約１０μｍの合計約４５μｍの空隙を磁気センサ素子３との間に持った状態で保持されている。
以  上
【００２９】
ＦＰＣの樹脂部１５の幅は磁気センサ素子３の幅ｗの１／１０以上片側がはみ出す寸法となっており、端部が磁気センサ側に曲面を持って反った部分１７が付けられている。これは、ＦＰＣ樹脂部１５が磁気媒体と磁気センサ間に巻き込まれないようにするためである。反った部分１７の端部は、磁気センサ素子３の厚み方向から出ない程度とした。
【００３０】
また、ＦＰＣの樹脂部１５の接合部８近傍には、ポリイミド系樹脂が切除された切り欠き部１８が設けられている。この切り欠き部１８は接合部８の位置合わせが容易に出来るだけでなく、半田の熱圧着時にしみだした半田の逃がし部となるものである。本実施例では、全ての接合部８を一つの切り欠き部でカバーできる様な形状とした。切り欠き部１８の高さ方向の寸法（ＦＰＣの樹脂部方向の寸法）は、０．４ｍｍとした。
【００３１】
図２に本発明の磁気センサを磁気媒体と組み合わせた磁気エンコーダの斜視図を示す。磁気媒体表面外周方向には磁極がＮＳＳＮＮＳの様にＮとＮ、ＳとＳが対向する様に着磁されており、着磁ピッチλは３８μｍである。磁気媒体１は軸９に固定され軸９の回転と共に回転する。磁気センサ２と磁気媒体１とはＦＰＣの樹脂部１５の厚さがギャップｇとなり対峙するように配置されている。このときＦＰＣの樹脂部１５は、磁気センサ素子にも密着している。
【００３２】
ＦＰＣの樹脂部１５の密着部分等を、図３の断面図で詳細に説明する。磁気媒体１に１０ｇ以下の押し付け力ｆで磁気センサが押された状態で固定されているため、ＦＰＣの樹脂部１５は切り欠き部１８近傍で曲がり磁気センサ素子３と密着され、ＦＰＣの樹脂部１５の厚みでギャップｇが形成される。接合部８で発生した半田のしみ出し部１９は切り欠き部１８の空間にトラップされ、ＦＰＣ１１の磁気媒体側には出ていない。
【００３３】
この様に磁気センサ素子３の面を覆うようなＦＰＣの樹脂部１５を持ったＦＰＣ１１を用いることで、ＦＰＣと磁気センサ素子の熱圧着工程を何ら変更することなく、本実施例の２５μｍと小さなギャップｇを容易に規制することができるものである。
【００３４】
（実施例２）図４ａ）に、ギャップｇを大きくしたものを示す。ＦＰＣの樹脂部１５はポリイミド系樹脂シート２５μｍ、接着層３５μｍをそれぞれ２層合わせたもので合計１２０μｍとなっている。ポリイミド系樹脂シート、接着層の厚みを変えたＦＰＣを使用することで、容易にギャップｇを変えることが可能であることは言うまでもない。
【００３５】
（実施例３）磁気センサ素子３を小型化する方策してと図４ｂ）に示す様に、両端２カ所に端子を有する磁気センサ素子３と、前記端子に対応する端子と半田逃げ用きり欠き部を有するフレキシブルケーブル１２とを合わせて、半田を付けた両者の端子を熱圧着させた構造である。磁気センサ素子３の両端に端子を持つように配線することで、端子部分の幅の広がりを抑え、素子サイズの小型化を図ることができる。磁気センサ素子３において、端子の占める領域が大きい場合に特に有効である。
【００３６】
本発明の構造を用いると、極小ピッチの磁気記録媒体に対応した磁気センサを得ることができる。磁気記録媒体のピッチλが極小の場合は、λの周期で変化する磁気信号を正確に読みとり検出精度を良好にするためには、磁気ドラムと磁気センサ間のギャップをある程度小さく、かつ一定に保つ必要がある。図５の磁気センサの出力特性の一例が示すように、本発明の構成の磁気センサを用いると、センサ出力の大きい極小ギャップ＝１０〜２０μｍの範囲でも安定して使用することができる。従来の磁気センサは、ギャップ自体を小さくすることに加えて、ギャップの長さの誤差や組立時のズレによる出力変化を抑制することが困難であった。これに比べて、本発明の構成を用いた磁気センサは、２５μｍ以下のギャップにも対応可能で、安定したセンサ出力電圧を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
上記本発明の構成を用いれば、磁気式エンコーダを組み立てる際に、ギャップ調整を行わずに、磁気センサを接触させて用いることができる。このような磁気式エンコーダは検出精度が良好であり、組立工程が単純で大量生産にも向き、かつ安価である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の磁気センサの外観図である。
【図２】本発明の磁気センサを用いた磁気式エンコーダの斜視図である。
【図３】本発明の磁気センサを用いた磁気式エンコーダの断面図である。
【図４】本発明の他の実施例の磁気センサの断面図である。
【図５】ギャップｇと磁気センサ出力電圧の関係を説明する図である。
【図６】従来の磁気エンコーダの斜視図である。
【図７】従来の磁気エンコーダの断面図である。
【図８】従来の磁気エンコーダのギャップ調整を示す図である。
【符号の説明】
１  磁気媒体、２  磁気センサ、３  磁気センサ素子、４，１１  ＦＰＣ、
５  磁気抵抗効果素子、６  非磁性膜、７  樹脂シート、８  熱圧着接合部、
９  軸、１０  引き出し線、１２  導体部、１３  外部端子、１４  補強樹脂、
１５  ＦＰＣの樹脂部、１６  空隙、１７  反り部、１８  切り欠き部、
１９  半田しみだし部
【図１】
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【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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