JP2016038294A - 磁気式リニアエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気スケールの永久磁石における着磁精度を向上することのできる磁気式リニアエンコーダを提供すること。【解決手段】磁気式リニアエンコーダ１００は、永久磁石９６を備えた磁気スケール９と、磁気スケール９からの磁界を検出する磁気センサ装置１とを有しており、磁気センサ装置１と磁気スケール９とは、非接触状態で相対移動する。永久磁石９６は、磁性粉と樹脂とを含んで金属製のベース板９５の一方側の面に形成された磁性塗膜９７からなる。永久磁石９６に用いた磁性粉は、フェライト系磁性粉であり、垂直配向している。かかる永久磁石９６の磁気センサ装置１側の面９６０は、露出した状態にある。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気スケールからの磁界を磁気センサ装置によって検出する磁気式リニアエンコーダに関するものである。

磁気式リニアエンコーダは、永久磁石を備えた磁気スケールと、磁気抵抗素子を備えた磁気センサ装置とを有しており、磁気スケールと磁気センサ装置とが相対移動した際の磁気センサ装置での検出結果に基づいて、磁気スケールと磁気センサ装置との相対位置等を検出する。ここで、磁気スケールは、例えば、ベース板に対して永久磁石と保護シートとが積層された構造を有している（特許文献１参照）。

かかる磁気式リニアエンコーダにおいて、永久磁石としては、ゴムに磁性粉を混合したゴムマグネットが使用される場合が多い。

特開２００７−２７１６０８号公報

上記特許文献１に記載の磁気式リニアエンコーダにおいて、感度や分解能を高めるには、永久磁石に対する着磁精度が高いことが求められるが、ゴムマグネット（永久磁石）の表面は、平面度が低いため、着磁精度が低いという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、磁気スケールの永久磁石における着磁精度を向上することのできる磁気式リニアエンコーダを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る磁気式リニアエンコーダは、永久磁石を備えた磁気スケールと、該磁気スケールからの磁界を検出する磁気抵抗素子を備えた磁気センサ装置と、を有し、前記永久磁石には、前記磁気センサ装置と前記磁気スケールとの相対移動方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に並ぶトラックが形成されている磁気式リニアエンコーダにおいて、前記永久磁石は、磁性粉と樹脂とを含んで金属製のベース板の一方側の面に形成された磁性塗膜からなることを特徴とする。

本発明において、磁気スケールに用いた永久磁石は、磁性粉と樹脂とを含む磁性塗膜からなるため、ゴムマグネットに比して、加工性良く高い平面度を得ることができる。また、本形態では、金属製のベース板を用いているため、永久磁石に高い平面度を得やすい。従って、磁気スケールの永久磁石に対する着磁精度を向上することができるので、磁気式リニアエンコーダの分解能等を向上することができる。

本発明において、前記磁性塗膜の厚さは、４００μｍから５００μｍであることが好ましい。かかる構成によれば、磁性塗膜に適正な着磁を行うことができるので、分解能の向上やヒステリシス誤差の低減を図ることができる。

本発明において、前記ベース板は、非磁性の金属製であることが好ましい。かかる構成によれば、リングゲートによって着磁を行っても、ベース板の影響が発生しにくい。

本発明において、前記永久磁石は、前記磁性粉の磁化容易軸が前記磁性塗膜の膜厚方向に向いていることが好ましい。かかる構成によれば、分解能の向上やヒステリシス誤差の低減を図ることができる。

本発明において、前記磁性粉は、フェライト系磁性粉であることが好ましい。かかる構成によれば、内挿によって位置等を求めた際、分解能の向上を図ることができる。

本発明において、前記永久磁石は、前記フェライト系磁性粉として、ストロンチウムフェライトと、バリウムフェライトと、を含んでいることが好ましい。

本発明は、前記磁気センサ装置と前記磁気スケールとが非接触状態で相対移動するオープンタイプの磁気式リニアエンコーダに適用すると効果的である。

本発明において、前記永久磁石は、前記磁気センサ装置側の面が露出状態にあることが好ましい。かかる構成によれば、磁気センサ装置と磁気スケールとの間隔を広く確保することができるので、永久磁石と磁気センサ装置との接触が発生しにくい。

本発明において、前記磁気抵抗素子と前記永久磁石との間隔が０．１５ｍｍから０．３５ｍｍであることが好ましい。かかる構成によれば、磁気センサ装置と磁気スケールとの間隔を広く確保でき、その場合でも、十分な分解能を得ることができる。

本発明では、前記磁気スケールにおいて、前記トラックは、前記相対移動方向と交差する方向に複数列、設けられ、前記複数列のトラックにおいて、隣り合う２つのトラックでは、前記相対移動方向においてＮ極とＳ極とがずれていることが好ましい。かかる構成によれば、トラックの幅方向における縁部分のうち、トラックの境界部分では、強度の大きな回転磁界が発生する。従って、かかるトラックの境界部分に対して磁気センサ装置のセンサ面を面対向させれば、磁気式リニアエンコーダの検出精度を向上することができる。

本発明において、前記磁気抵抗素子は、前記永久磁石の回転磁界を検出する構成を採用することができる。かかる構成によれば、磁気スケールと磁気センサ装置との隙間寸法が狭い場合でも、正弦波成分を安定して得ることができる。

本発明において、磁気スケールに用いた永久磁石は、磁性粉と樹脂とを含む磁性塗膜からなるため、ゴムマグネットに比して、高い平面度を得ることができる。また、本形態では、金属製のベース板を用いているため、永久磁石に高い平面度を得やすい。従って、磁気スケールの永久磁石に対する着磁精度を向上することができるので、磁気式リニアエンコーダの分解能等を向上することができる。

本発明を適用した磁気式リニアエンコーダの外観等を示す説明図である。 本発明を適用した磁気式リニアエンコーダの要部を示す説明図である。 本発明を適用した磁気式リニアエンコーダの磁気スケールの磁気的特性を示す説明図である。 本発明を適用した磁気式リニアエンコーダの磁気センサ装置に形成した磁気抵抗パターンの説明図である。 図４に示す磁気抵抗パターンの電気的な構成を示す説明図である。 永久磁石の平面度を示すグラフである。 永久磁石の着磁精度を示すグラフである。 磁気型リニアエンコーダの内挿精度（分解能）を示すグラフである。 永久磁石（磁性塗膜）の厚さと、磁気式リニアエンコーダの特性との関係を示すグラフである。 永久磁石（磁性塗膜）における配向着磁の効果を示すグラフである。 磁気スケールのベース板の材質の影響を示すグラフである。

図面を参照して、本発明を実施するため形態を説明する。

（全体構成）
図１は、本発明を適用した磁気式リニアエンコーダの外観等を示す説明図である。図２は、本発明を適用した磁気式リニアエンコーダの要部を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、磁気センサ装置の要部の構成を示す概略断面図、その概略斜視図、および概略平面図である。図３は、本発明を適用した磁気式リニアエンコーダの磁気スケールの磁気的特性を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、磁界の向きを平面的にみたときの説明図、斜めにみたときの説明図、および側方からみたときの説明図である。

図１に示すように、磁気式リニアエンコーダ１００は、一方方向に延在する磁気スケール９と、磁気スケール９の近傍に配置された磁気センサ装置１とを有している。かかる磁気式リニアエンコーダ１００においては、磁気スケール９および磁気センサ装置１の一方が固定体に保持され、他方が移動体に保持される。本形態では、例えば、磁気センサ装置１が固定体に保持され、磁気スケール９が移動体に保持される。

磁気スケール９には、後述するように、長手方向（磁気センサ装置１と磁気スケール９との相対移動方向）に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配列されたトラックが形成されており、磁気センサ装置１は、磁気スケール９の表面に形成された回転磁界の方向を検出することにより、磁気スケール９（移動体）が磁気スケール９の長手方向に移動した際の位置等を検出する。

磁気センサ装置１は、略直方体形状のアルミニウムダイカスト品からなるホルダ６と、このホルダ６の開口を覆う矩形のカバー６８と、ホルダ６から延びたケーブル７とを備えている。ホルダ６にはその側面にケーブル挿通穴６９が形成されており、このケーブル挿通穴６９からケーブル７が引き出されている。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ホルダ６には、磁気スケール９と対向する底面に、段差を介してホルダ６の底面から突出した平坦面からなる基準面６０が形成されている。基準面６０には開口部６５が形成されており、開口部６５に対して、ガラス基板やシリコン基板、セラミックグレース基板などの剛性基板１０上に形成された磁気抵抗素子２５が配置され、センサ面２５０が構成されている。

磁気抵抗素子２５は、磁気スケール９の面内方向で向きが変化する回転磁界を検出する磁気抵抗パターンとして、互いに９０°の位相差を有するＡ相の磁気抵抗パターン２５（Ａ）とＢ相の磁気抵抗パターン２５（Ｂ）とを有しており、Ａ相の磁気抵抗パターン２５（Ａ）とＢ相の磁気抵抗パターン２５（Ｂ）の下端面（磁気スケール９と対向する各パターン面）によってセンサ面２５０が構成されている。なお、図２には、Ａ相の磁気抵抗パターンにはＳＩＮを付し、Ｂ相の磁気抵抗パターンには、ＣＯＳを付してある。

Ａ相の磁気抵抗パターン２５（Ａ）は、１８０°の位相差をもって磁気スケール９の移動検出を行う＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）と−ａ相の磁気抵抗パターン２５（
−ａ）とを備えており、図面には、＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）にはＳＩＮ＋と付し、−ａ相の磁気抵抗パターン２５（−ａ）には、ＳＩＮ−を付してある。同様に、Ｂ相の磁気抵抗パターン２５（Ｂ）は、１８０°の位相差をもって磁気スケール９の移動検出を行う＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）と−ｂ相の磁気抵抗パターン２５（−ｂ）とを備えており、図面には、＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）にはＣＯＳ＋と付し、−ｂ相の磁気抵抗パターン２５（−ｂ）には、ＣＯＳ−を付してある。

本形態では、＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、−ａ相の磁気抵抗パターン２５（−ａ）、＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）、および−ｂ相の磁気抵抗パターン２５（−ｂ）は、１枚の剛性基板１０の同一の面上（主面上）に形成されている。また、磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、２５（−ａ）、２５（＋ｂ）、２５（−ｂ）は、剛性基板１０で格子状に配置されており、＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）と−ａ相の磁気抵抗パターン２５（−ａ）とは対角位置に形成され、＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）と−ｂ相の磁気抵抗パターン２５（−ｂ）とは対角位置に形成されている。

磁気スケール９では、移動方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に並ぶトラック９１が形成されており、本形態では、３列のトラック９１（９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ）が幅方向（磁気センサ装置１と磁気スケール９との相対移動方向に交差する方向）で並列している。本形態において、各磁極のピッチは１．０ｍｍ以下である。ここで、隣接するトラック９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ間では、Ｎ極およびＳ極の位置が移動方向で１磁極分、ずれている。このため、両側のトラック９１Ａ、９１Ｃ間では、Ｎ極およびＳ極の位置が移動方向で一致している。ここで、隣接するトラック９１Ａとトラック９１Ｂの境界部分９１２、およびトラック９１Ｂとトラック９１Ｃの境界部分９１２は、例えば、磁極が存在しない無着磁部分や非磁性部分を介在させることなく、隣接する当該境界部分９１２のＮ極およびＳ極が直接、接するように形成されている。但し、磁気センサ装置１が検出できるような強度の大きな回転磁界を発生させることができれば、隣接するトラック９１Ａとトラック９１Ｂの境界部分９１２、およびトラック９１Ｂとトラック９１Ｃの境界部分９１２に磁極が存在しない無着磁部分や非磁性部分を介在させてあっても良い。

このように構成した磁気式リニアエンコーダ１００において、磁気スケール９の磁界の面内方向の向きをマトリクス状の微小領域毎に磁場解析したところ、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に矢印で示すように、トラック９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃの幅方向の縁部分９１１では、円Ｌで囲んだ領域のように、面内方向の向きが変化する回転磁界が形成され、特に、トラック９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃの境界部分９１２では、円Ｌ２で囲んだ領域のように、強度の大きな回転磁界が発生している。さらに、本形態では、隣接するトラック９１Ａとトラック９１Ｂの境界部分９１２、およびトラック９１Ｂとトラック９１Ｃの境界部分９１２は、当該境界部分９１２のＮ極およびＳ極が直接、接するように形成されているので、トラック９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃの境界部分９１２では、より強度の大きな回転磁界が発生している。

従って、本形態では、図２（ｃ）に示すように、トラック９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃの境界部分９１２に対して磁気センサ装置１のセンサ面２５０を面対向させている。また、センサ面２５０は、磁気スケール９の幅方向の中央に位置している。このため、センサ面２５０の幅方向における一方の端部２５１は、３つのトラック９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃのうち、トラック９１Ａの幅方向の中央に位置し、他方の端部２５２は、トラック９１Ｃの幅方向の中央に位置している。従って、＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）が形成されている領域、および＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）が形成されている領域は、トラック９１Ａ、９１Ｂの境界部分９１２に対向し、−ａ相の磁気抵抗パターン２５（−ａ）が形成されている領域、および−ｂ相の磁気抵抗パターン２５（−ｂ）が形成されている領域は、トラック９１Ｂ、９１Ｃの境界部分９１２に対向している。トラック９１Ｂは
、＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）および＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）が形成されている領域と、−ａ相の磁気抵抗パターン２５（−ａ）および−ｂ相の磁気抵抗パターン２５（−ｂ）が形成されている領域のそれぞれの領域が対向するトラック、すなわち、兼用する共通のトラック９１Ｂとして磁気スケール９の中央に形成されている。

（磁気抵抗パターンの構成）
図４は、本発明を適用した磁気式リニアエンコーダの磁気センサ装置に形成した磁気抵抗パターンの説明図である。図５は、図４に示す磁気抵抗パターンの電気的な構成を示す説明図である。

本形態の磁気センサ装置１において、剛性基板１０の主面では、強磁性体ＮｉＦｅ等の磁性体膜からなる磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、２５（−ａ）、２５（＋ｂ）、２５（−ｂ）が図４に示すように形成されており、これらの磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、２５（−ａ）、２５（＋ｂ）、２５（−ｂ）は、図５（ａ）、（ｂ）に示すブリッジ回路を構成している。

より具体的には、図４に示すように、磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、２５（−ａ）、２５（＋ｂ）、２５（−ｂ）は、剛性基板１０の長手方向における中央領域に形成され、剛性基板１０の一方側端部１１は第１の端子部２１とされ、他方側端部１２は第２の端子部２２とされている。＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）と−ａ相の磁気抵抗パターン２５（−ａ）とは対角位置に形成され、＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）と−ｂ相の磁気抵抗パターン２５（−ｂ）とは対角位置に形成されている。

また、図４および図５（ａ）に示すように、＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）および−ａ相の磁気抵抗パターン２５（−ａ）は、一方端が電源端子２１２（Ｖｃｃ）、２２２（Ｖｃｃ）に接続され、他方端は、第１の共通端子および第２の共通端子としてのグランド端子２１３（ＧＮＤ）、２２３（ＧＮＤ）に接続されている。また、＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）の中点位置には、出力ＳＩＮ＋に対する端子２１１（＋ａ）が接続し、−ａ相の磁気抵抗パターン２５（−ａ）の中点位置には、出力ＳＩＮ−に対する端子２２１（−ａ）が接続している。従って、出力ＳＩＮ＋および出力ＳＩＮ−を減算器に入力すれば、図５（ｃ）に示す差動出力（正弦波信号ｓｉｎ）を得ることができる。

同様に、図４および図５（ｂ）に示すように、＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）および−ｂ相の磁気抵抗パターン２５（−ｂ）は、一方端が電源端子２２４（Ｖｃｃ）、２１４（Ｖｃｃ）に接続されている。また、−ｂ相の磁気抵抗パターン２５（−ｂ）の他方端は、＋ａ相の磁気抵抗パターン２５（＋ａ）と同様、第１の共通端子としてのグランド端子２１３（ＧＮＤ）に接続し、＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）の他方端は、−ａ相の磁気抵抗パターン２５（−ａ）と同様、第２の共通端子としてのグランド端子２２３（ＧＮＤ）に接続している。さらに、＋ｂ相の磁気抵抗パターン２５（＋ｂ）の中点位置には、出力ＣＯＳ＋に対する端子２２５（＋ｂ）が接続し、−ｂ相の磁気抵抗パターン２５（−ｂ）の中点位置には、出力ＣＯＳ−に対する端子２１５（−ｂ）が接続している。従って、出力ＣＯＳ＋および出力ＣＯＳ−を減算器に入力すれば、図５（ｃ）に示す差動出力（正弦波信号ｃｏｓ）を得ることができる。

なお、第１の端子部２１には、上記の端子の他にダミーの端子が形成されている。第２の端子部２２にも、上記の端子の他に、ダミーの端子が形成されている。また、剛性基板１０の長手方向における中央領域には、上記の磁気抵抗パターンと隣接する領域に、原点位置を検出するためのＺ相の磁気抵抗パターン２５（Ｚ）が形成され、第２の端子部２２には、Ｚ相の磁気抵抗パターン２５（Ｚ）に対する電源端子２２６（Ｖｃｃ）、グランド端子２２７（ＧＮＤ）、出力端子２２８（Ｚ）、２２９（Ｚ）も形成されている。

このように構成した磁気式リニアエンコーダ１００において、磁気スケール９が磁極の１周期分移動すると、図５（ｃ）に示す正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓが２周期分、出力される。従って、内挿によって、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓからθ＝ｔａｎ^-1（ｓｉｎ／ｃｏｓ）を求めれば、磁気センサ装置１と磁気スケール９との相対位置θが分かる。かかる内挿によれば、磁気スケール９に形成した磁極ピッチ以上の分解能を得ることができる。

なお、本形態において、磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、２５（−ａ）、２５（＋ｂ）、２５（−ｂ）は、抵抗値の飽和感度領域以上の磁界強度で回転磁界を検出する。すなわち、隣接するトラック９１の境界部分９１２においては、各磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、２５（−ａ）、２５（＋ｂ）、２５（−ｂ）の抵抗値の飽和感度領域以上の磁界強度で面内方向の向きが周方向で漸次に変化する回転磁界が発生する。飽和感度領域とは、一般的に、抵抗値変化量ｋが、磁界強度Ｈと近似的に「ｋ∝Ｈ２」の式で表すことができる領域以外の領域をいう。また、飽和感度領域以上の磁界強度で回転磁界（磁気ベクトルの回転）の方向を検出する際の原理は、強磁性金属からなる磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、２５（−ａ）、２５（＋ｂ）、２５（−ｂ）に通電した状態で、抵抗値が飽和する磁界強度を印加したとき、磁界と電流方向がなす角度θと、磁気抵抗パターン２５（＋ａ）、２５（−ａ）、２５（＋ｂ）、２５（−ｂ）の抵抗値Ｒとの間には、下式
Ｒ＝Ｒ０−ｋ×ｓｉｎ２θ
Ｒ０：無磁界中での抵抗値
ｋ：抵抗値変化量（飽和感度領域以上のときは定数）
で示す関係があることを利用するものである。このような原理に基づいて回転磁界を検出すれば、角度θが変化すると抵抗値Ｒが正弦波に沿って変化するので、波形品質の高い正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓを得ることができる。

（磁気スケール９の詳細構成）
再び図１において、本形態において、磁気式リニアエンコーダ１００は、オープンタイプのリニアエンコーダであり、かかるオープンタイプのリニアエンコーダでは、磁気センサ装置１と磁気スケール９とが独立して固定体および可動体に搭載される。このため、磁気センサ装置１と磁気スケール９とは、非接触状態で相対移動する。また、図２に示す磁気抵抗素子２５と永久磁石９６との間隔が０．１５ｍｍから０．３５ｍｍである。かかる構成に対応して、本形態において、磁気スケール９は、以下の構成を有している。

まず、磁気スケール９は、金属製のベース板９５と、ベース板９５の磁気センサ装置１側の一方面９５０に設けられた永久磁石９６とを有している。また、永久磁石９６の磁気センサ装置１側の面９６０は、露出した状態にあり、保護シート等で覆われていない。

本形態において、永久磁石９６は、磁性粉と樹脂とを含んでベース板９５の一方面９５０に形成された磁性塗膜９７からなる。本形態において、樹脂は、エポキシ樹脂からなる。磁性粉は、フェライト系磁性粉である。より具体的には、永久磁石９６は、フェライト系磁性粉として、ストロンチウムフェライトと、バリウムフェライトとを含んでいる。例えば、永久磁石９６は、フェライト系磁性粉として、ストロンチウムフェライトと、バリウムフェライトとを８０％〜９０％：２０％〜１０％の重量比で含んでおり、永久磁石９６におけるフェライト系磁性粉の比率は約７０重量％である。

ここで、永久磁石９６は、垂直配向されている。すなわち、磁性塗膜９７に含まれる磁性粉は、磁化容易軸をベース板９５の一方面９５０に垂直な方向（磁性塗膜９７の膜厚方向）に向けている。より具体的には、ストロンチウムフェライトおよびバリウムフェライトは、六角板の粉末からなるため、六角板が積層するように重なった状態にある。かかる構成は、磁性塗膜９７の形成途中に外部磁界を加え、磁石粉末の磁化容易軸を揃えること
により実現することができる。従って、永久磁石９６は、異方性磁石として構成されており、等方性磁石よりも強い磁力を発生させる。

本形態において、永久磁石９６（磁性塗膜９７）の厚さは、４００μｍから５００μｍであり、ベース板９５は、アルミニウムやアルミニウム合金等からなる非磁性の金属製である。

かかる構成の磁気スケール９は、磁性粉、樹脂および溶媒を含む塗液をスプレー等によってベース板９５の一方面９５０に１００μｍ程度塗布した後、空気の吹き付けおよび予備乾燥等によって溶媒を除去し、この状態で外部磁界を加えて磁性粉を配向させた後、樹脂を仮硬化させる。そして、上記の工程を繰り返し行って、磁性塗膜９７を所定の厚さに形成する。

次に、樹脂を本硬化させた後、磁性塗膜９７を研磨する。本形態では、研磨によって、十点平均粗さＲｚjisを５μｍ以下とする。「十点平均粗さＲｚjis」とは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜取り部分の平均線から縦倍率の方向に測定する。そして、最も高い山頂から５番目までの山頂の標高の絶対値の平均値と、最も低い谷底から５番目までの谷底の標高の絶対値の平均値との和を求め、この値をマイクロメートル（μm）で表したものである。

そして、磁性塗膜９７に対して、リングヘッド（双極ヘッド）から磁界を印加して磁性塗膜９７に着磁を行い、永久磁石９６を得る。

（評価結果）
図６は、永久磁石９６の平面度を示すグラフであり、図６には、本形態の永久磁石９６（磁性塗膜９７）の平面度を実線で示し、比較例として、ゴムマグネットの平面度を点線で示してある。図６に示す平面度は、対称表面の上下を平行平面で挟み込んだ場合の平面間の空間の距離をμｍ単位で表現した数値である。

図７は、永久磁石９６の着磁精度を示すグラフであり、図７（ａ）には、比較例として、ゴムマグネットの着磁精度を示し、図７（ｂ）には、本形態の永久磁石９６（磁性塗膜９７）の着磁精度を示してある。

図８は、磁石型リニアエンコーダの内挿精度（分解能）を示すグラフである。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、本形態の永久磁石９６（磁性塗膜９７）を磁気式リニアエンコーダ１００に用い、磁気抵抗素子２５と永久磁石９６との間隔（ｇａｐ）を０．１５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３５ｍｍに設定した場合の内挿精度を示すグラフである。図８（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）には、比較例として、ゴムマグネットを磁気式リニアエンコーダ１００に用い、磁気抵抗素子２５と永久磁石９６との間隔（ｇａｐ）を０．１５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３５ｍｍに設定した場合の内挿精度を示すグラフである。

図９は、永久磁石９６（磁性塗膜９７）の厚さと、磁気式リニアエンコーダ１００の特性との関係を示すグラフであり、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、内挿精度、ヒステリシス誤差、表面磁束密度を示してある。

図１０は、永久磁石９６（磁性塗膜９７）における配向着磁の効果を示すグラフである。図１０（ａ）、（ｂ）には、磁性塗膜９７に水平配向を行った場合、磁性塗膜９７に垂直配向を行った場合、磁性塗膜９７に配向を行わなかった場合、ゴムマグネットに垂直配向を行った場合の内挿精度、およびヒステリシス誤差を示してある。なお、図１０には、磁気抵抗素子２５と永久磁石９６との間隔（ｇａｐ）を０．１５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０
．３５ｍｍに設定した場合を各々、＊１、＊２、＊３を付した棒グラフで示してある。

図１１は、磁気スケール９のベース板９５の材質の影響を示すグラフである。図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、ベース板９５がアルミニウム（Ａｌ／非磁性）からなる場合、ベース板９５がアルミニウム・鉄積層合金（Ａｌ／非磁性・Ｆｅ／磁性）からなる場合、ベース板９５が鉄（Ｆｅ／磁性）からなる場合のアナログ振幅、内挿精度、およびヒステリシス誤差を示してある。

図６に示すように、永久磁石９６（磁性塗膜９７）では平面度が高いのに対して、ゴムマグネットでは平面度が低い。すなわち、永久磁石９６（磁性塗膜９７）の表面は、ゴムマグネットに対して研磨が効果的に行われるため、表面粗さが小であるとともに、うねりも小さい。このため、図７（ｂ）に示すように、永久磁石９６（磁性塗膜９７）では着磁精度が高いのに対して、ゴムマグネットでは着磁精度が低い。従って、図８に示すように、永久磁石９６（磁性塗膜９７）では内挿精度が安定しているのに対して、ゴムマグネットでは内挿精度の安定性が低い。例えば、永久磁石９６（磁性塗膜９７）では、磁気抵抗素子２５と永久磁石９６との間隔（ｇａｐ）が０．１５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３５ｍｍのとき、内挿精度が１．５０μｍ、１．５０μｍ、１．９０μｍであるのに対して、ゴムマグネットでは、磁気抵抗素子２５と永久磁石９６との間隔（ｇａｐ）が０．１５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３５ｍｍのとき、内挿精度が１．７０μｍ、１．６０μｍ、２．１０μｍである。なお、永久磁石９６（磁性塗膜９７）では、磁気抵抗素子２５と永久磁石９６との間隔（ｇａｐ）が０．１５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３５ｍｍのとき、ヒステリシス誤差が０．６０μｍ、０．６０μｍ、１．００μｍであるのに対して、ゴムマグネットでは、磁気抵抗素子２５と永久磁石９６との間隔（ｇａｐ）が０．１５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３５ｍｍのとき、ヒステリシス誤差が０．５０μｍ、０．６０μｍ、０．７０μｍである。

また、図９に示すように、永久磁石９６（磁性塗膜９７）の厚さに関しては、４００μｍや５００μｍの場合、３００μｍや６００μｍの場合に比して内挿精度が高い。その理由は、永久磁石９６（磁性塗膜９７）に対する着磁の際、４００μｍや５００μｍであれば、着磁が適正に行われるのに対して、３００μｍでは、磁性塗膜９７が薄くて必要な磁束密度が得られないためと考えられる。また、６００μｍでは、磁性塗膜９７が厚くて、十分に着磁ができないためと考えられる。

また、図１０に示すように、磁性塗膜９７に垂直配向を行った場合、磁性塗膜９７に水平配向を行った場合や配向を行わなかった場合に比して内挿精度に優れており、磁性塗膜９７に垂直配向を行えば、磁気抵抗素子２５と永久磁石９６との間隔（ｇａｐ）を０．１５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３５ｍｍに設定した場合、十分な内挿精度を得ることができる。特に、磁気抵抗素子２５と永久磁石９６との間隔（ｇａｐ）が０．１５ｍｍや０．２５ｍｍである場合、０．３５ｍｍに設定した場合に比して、内挿精度が優れている。

また、図１１に示すように、ベース板９５の材質に関しては、アルミニウムやアルミニウム合金等の非磁性金属を用いた場合、磁性金属を用いた場合に比して、永久磁石９６の厚さが比較的薄い場合でも、十分なアナログ振幅や内挿精度を得ることができる。その理由は、磁性塗膜９７が比較的薄い場合でも、着磁の際、ベース板９５の影響が及びにくいためと考えられる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の磁気式リニアエンコーダ１００では、磁気スケール９に用いた永久磁石９６が、磁性粉と樹脂とを含む磁性塗膜９７からなるため、ゴムマグネットに比して、高い平面度を得ることができる。また、本形態では、金属製のベース板９５
を用いているため、永久磁石９６に高い平面度を得やすい。従って、磁気スケール９の永久磁石９６に対する着磁精度を向上することができるので、磁気式リニアエンコーダ１００の分解能等を向上することができる。

また、磁性塗膜９７の厚さは、４００μｍから５００μｍであるため、十分な深さまで着磁することができる。従って、分解能の向上や、ヒステリシス誤差の低減を図ることができる。

また、ベース板９５は、非磁性の金属製であるため、リングゲートによって着磁を行っても、ベース板９５の影響が発生しにくい。

また、永久磁石９６は、垂直配向されているため、分解能の向上や、ヒステリシス誤差の低減を図ることができる。また、磁性塗膜９７に用いた磁性粉は、フェライト系磁性粉であるため、内挿によって位置等を求めた際、分解能の向上を図ることができる。

また、永久磁石９６は、磁気センサ装置１側の面が露出状態にあるため、磁気センサ装置１と磁気スケール９との間隔を広く確保することができる。従って、オープンタイプの磁気式リニアエンコーダ１００のように、磁気センサ装置１と磁気スケール９とが非接触状態で相対移動する場合に適している。

この場合、磁気抵抗素子２５と永久磁石９６との間隔が０．１５ｍｍから０．３５ｍｍであれば、磁気センサ装置１と磁気スケール９とが非接触状態で相対移動する場合に適しているとともに、分解能の向上を図ることができる。しかも、本形態でも、磁気抵抗素子２５と永久磁石９６との間に０．１５ｍｍから０．３５ｍｍの間隔を確保した場合でも、磁性塗膜９７の厚さが４００μｍから５００μｍであって、磁性塗膜９７が垂直配向しているため、十分な磁界を発生させることができる。それ故、オープンタイプの磁気式リニアエンコーダ１００のように、磁気センサ装置１と磁気スケール９とが非接触状態で相対移動する場合でも、十分な感度や分解能を得ることができる。

（他の実施の形態）
上記実施の形態では、磁極のピッチが１．０ｍｍ以下であるという構成に対応させて、磁性粉としてフェライト系磁性粉を用いたが、磁極のピッチが１．０ｍｍを超える場合、磁性粉としてネオジウム系磁性粉、サマリウム系磁性粉、メタル系等の高磁力磁性粉を用いてもよい。

上記形態では、磁気センサ装置１において飽和感度領域以上の磁界強度で回転磁界の方向を検出する磁気式リニアエンコーダ１００に本発明を適用したが、一定方向の磁界の強弱により位置検出するタイプの磁気式リニアエンコーダ１００や、飽和感度領域以外の領域の磁界強度で回転磁界の方向を検出するタイプの磁気式リニアエンコーダ１００に本発明を適用してもよい。

上記実施の形態では、ベース板９５が非磁性材料からなっていたが、磁性材料からなるベース板９５を用いてもよい。また、永久磁石９６の表面９６０に保護層が形成されている構成であってもよい。上記実施の形態の磁気スケール９において、トラック９１の数が３つであったが、トラック９１の数が１つ、２つ、３つ以上である場合に本発明を適用してもよい。上記実施の形態では、永久磁石９６が垂直配向されていたが、水平配向されている場合に本発明を適用してもよい。上記実施の形態において、永久磁石９６（磁性塗膜９７）の樹脂がエポキシ樹脂であったが、樹脂がポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂等であってもよい。

１ 磁気センサ装置
９ 磁気スケール
１０ 磁気抵抗素子
９１ トラック
９５ ベース板
９６ 永久磁石
９７ 磁性塗膜
１００ 磁気式リニアエンコーダ

Claims (11)

1. 永久磁石を備えた磁気スケールと、該磁気スケールからの磁界を検出する磁気抵抗素子を備えた磁気センサ装置と、を有し、前記永久磁石には、前記磁気センサ装置と前記磁気スケールとの相対移動方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に並ぶトラックが形成されている磁気式リニアエンコーダにおいて、
   前記永久磁石は、磁性粉と樹脂とを含んで金属製のベース板の一方側の面に形成された磁性塗膜からなることを特徴とする磁気式リニアエンコーダ。
2. 前記磁性塗膜の厚さは、４００μｍから５００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の磁気式リニアエンコーダ。
3. 前記ベース板は、非磁性の金属製であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気式リニアエンコーダ。
4. 前記永久磁石は、前記磁性粉の磁化容易軸が前記磁性塗膜の膜厚方向に向いていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の磁気式リニアエンコーダ。
5. 前記磁性粉は、フェライト系磁性粉であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の磁気式リニアエンコーダ。
6. 前記永久磁石は、前記フェライト系磁性粉として、ストロンチウムフェライトと、バリウムフェライトを含んでいることを特徴とする請求項５に記載の磁気式リニアエンコーダ。
7. 前記磁気センサ装置と前記磁気スケールとは、非接触状態で相対移動することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の磁気式リニアエンコーダ。
8. 前記永久磁石は、前記磁気センサ装置側の面が露出状態にあることを特徴とする請求項７に記載の磁気式リニアエンコーダ。
9. 前記磁気抵抗素子と前記永久磁石との間隔が０．１５ｍｍから０．３５ｍｍであることを特徴とする請求項７または８に記載の磁気式リニアエンコーダ。
10. 前記磁気スケールにおいて、前記トラックは、前記相対移動方向と交差する方向に複数列、設けられ、
    前記複数列のトラックにおいて、隣り合う２つのトラックでは、前記相対移動方向においてＮ極とＳ極とがずれていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の磁気式リニアエンコーダ。
11. 前記磁気抵抗素子は、前記永久磁石の回転磁界を検出することを特徴とする請求項１０に記載の磁気式リニアエンコーダ。