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    公开号:WO1992017749A1
    申请号:PCT/JP1992/000352
    申请日:1992-03-24
    公开日:1992-10-15
    发明作者:Taku Murakami
    申请人:Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho；
    IPC主号:G01D5-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 電磁気特性変化部の検出方法および装置 技 ffi 分 野
    [0002] 本発明は、 油圧シリ ンダの位置検出装置、 リ ニヤスケールぉよび口 -タ リ ェ：. コーダ等の被検出部材に形成した電磁気特性変化部を検出する方法および装置に 関する。 背 景 技 術
    [0003] 従来.. 位置セ ンサ等に 'いては、 ス ールに E!凸溝からなる電 ¾気特性変化^ を形成し、 こ の電磁気特性変化部に磁界を作用させ、 電磁気特性変化部に る ^ 束のゆらぎを強磁性体薄膜磁気抵抗素子などの電磁感知素子を用いて検出する こ とが行われる。 そして、 磁束のゆらぎを感度よ く検出するために 4個の磁気抵抗 素子を用いてブリ ッ ジ回路を構成するようにしている。
    [0004] すなわち、 図 4 ( A ) に示すように、 4個の磁気抵抗素子 1 0 a 〜 1 0 dを、 スケール 1 2 に形成された凹凸溝からなる目盛り 〗 4に沿って配置する。 そ して 、 磁気抵抗素子 1 0 a と一つおいた磁気抵抗素子 1 0 cが同時にス ール 1 2 e 凸部 I 6 と対 it、した位置に く る と、 他の 2個の磁気抵抗素子 1 0 b , } 0 dが 部 1 8 と対応した位置となるようになつている。
    [0005] さ らに、 各磁気抵抗素子 1 0 a 〜 1 0 d 、 図 4 ( B ) に示すように検岀回 と してのプリ ッ ジ面路 2 0を構成している。 すなわち、 斜線で示した同時に凸荮'. 1 6 と対広した位置に く る磁気抵抗素子 1 0 a . 1 0 cがブリ ジ面路 2 0 の Jrf 向した 2辺を構成し、 凹部 1 S と対応した位置にく る磁気抵抗素子 〗 0 b dがブ：： ジ回路 2 0の他の対向した 2辺を構成している c こ こて、 ブ ： ί 路 2 0 の出力 Ε 、 各磁気抵抗素子 1 0 a 〜 1 C) d の電気抵抗を 〜 Fl ο二
    [0006] F∞ R ,. X R d - R X R c ( 1 ：!
    [0007] で表さ る 上記の如く構成したブリ ツジ面路 2 0 は、 スケール 1 2が凸部 1 6 と凹部 1 8 からなる凹凸溝によって形成してあるため、 図 5に示すように、 磁石 2 2 によつ て印加された磁界 （磁束 ^ ) がス 一ル 1 2 の凸部 1 6のェ ッ ジ部分でゆらいで 曲げられる。 このため、 位置セ ンサのよ うにブリ ッジ回路 2' 0 の出力が繰り返し 波形となる場合には、 プリ ッジ面路 2 0 の出力を繰り返しのディジタル化するコ ンパ レータ処理はうま く行うこ とができる。
    [0008] しかし、 例えばスケールの原点等を検出する場合のように、 被検出部材に対し 単一に又はとびとびに電磁気特性変化部を形成して、 いわゆる一発波形 （ 1 ビッ ト） を発生させるよ うになっていると、 この電磁気特性変化部周囲の磁界のゆら ぎによつて、 基本波の横にノ イ ズのような小さな波が出るこ とが多 く、 コ ンパい —タ処理を困難にしている。
    [0009] こ こで、 ブリ ッ ジ回路 2 0を構成している各磁気抵抗素子 1 0 a 〜 1 0 dを、 図 6 (A) 〜図 6 (H) に示すように、 スケール 1 2 の凸部 i 6をもって形成し た電磁気特性変化部を通過させてみる。 とこ ろで、 電気抵抗 Ra 〜Rd は、 磁界 が素子に対して垂直方向に印加されるときはその抵抗値は変化せず、 磁界が凸部 1 6の電磁気特性変化部でゆらぎ、 素子に水平方向の成分が印加されるときはそ の抵抗値は減少する。 従って、 式 （ 1 ) の出力 Eは次のように変化する。
    [0010] 図 6 ( A ) の状態の場合、 R L. R d 一 R a x R c = 0
    [0011] 図 6 (B ) の状態の場合、 R b x R d 一 Ra x R c < 0
    [0012] 図 S ( C ) の状態の場合、 R b R d 一 R a x c > 0
    [0013] 図 S (D) の状態の場合、 R b x Rd - R a x R c « 0
    [0014] 図 6 (E：) の状態の場合、 R h R„ - R a x R c » 0
    [0015] M 5 ( F ) の状態の場合.. K b x R ά - R a x R c < 0
    [0016] 図 6 ( G ) の状態の場合、 R b x R a - R a x R c > 0
    [0017] M r- ( E の状態の場合、 R >. x R d — R a x K c = 0
    [0018] すなわち、 基準電圧 （零点） のプラ ス側またはマイ ナス側に複数の出力信号が 出る 二とになる。 ごのため、 従来の電磁気特性変化部の検出方法においては... 一. 発波 の検出を行う と、 図 7 に示すようにプラス側またはマィ ナス側にほぼビ一 クが等しい 2 つの出力波形が検出される こ とになり、 検出誤差の原因となる 一方、 例えば、 特公昭 5 6 - 〗 5 6 7号公報に記載のよ う に、 電磁気特性変化 部を着磁によつて形成し、 直列接続した 2組の強磁性体磁気抵抗素子の感¾方向 を直交させ、 両者の出力の差を検出するようにする場合もある。 しかし、 この場 合には、 出力波形がピーク幅の広いしかも面積の大きなものとなってしまい、 検 出精度の低下を生ずる。
    [0019] ¾ 明 の 示
    [0020] 本発明は、 上記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、 単一の電^ 気特性変化部を精度よ く検出することがてきる とと もに、 ピーク幅の狭い出力 ¾ 形が得られる電磁気特性変化部の検出方法および装置を提供するこ とを目的とし ている。
    [0021] ブリ ッ ジ回路の出力 Eは、 式 （ 1 ) に示すように対向する 2辺の電気抵抗値の 積の差に比例する。 これまでは、 ブリ ッ ジ回路の対向する 2辺を凸部に対応した 位置にある素子と 03部に対応した位置にある素子とによって形成すると、 式 （ 1 ) に示す右辺の第 1項と第 2項とがほぼ等し く なつて、 ブリ ッ ジ回路の出力 Eが 得られないと考えられていた。
    [0022] しかし、 発明者等の実験によると.、 例えば凸部における磁界の磁束分布は、 横 バイ アスがかかるため図 6 ( A ) 〜図 6 ( H ) のよ う に凸部の中心の左側と右側 とては異なった分布となっている。 また、 磁界のゆらぎが凸部で対称形に生じ いため、 これが前記した複数の出力信号が出る原因になつていると考えられる:， また、 発明者等は、 プリ ジ回路の対向する 2辺力 凸部に対応した位 S:にある 素子上、 凹部に対応した位置にある素子とによつて形成された場合であって も.. すなわち検出信号を相殺するように接続した場合であっても、 出力信号を取り出 せる こ とを見出した。
    [0023] 本発明は.. かかる知見に基づいてなされたものて、 本癸明に係る電？ ¾気特性 ¾ 化部の検出方法 、 電磁気特性変化部を有する被検出部材と相対移動する 4 iEi , 電磁感知素子が、 相対移動方向に一列に配列し、 且つ相対移動に伴って 4個の d . の 2個が同時に前記電磁気特性変化部と対応した位置にあるときに、 他の 2個が 電磁気特性変化部と対応しない位置となるように配列し、 これら 4つの電¾感知 素子のそれぞれをブリ ッ ジ面路の 4個の辺に接続して電磁気特性変化部を検出す る方法において、 前記プリ ッ ジ回路の対向する 2辺のそれぞれに、 前記電磁気特 性変化部と対応した位置にある 1個の電磁感知素子と、 前記電'磁気特性変化部と 対応しない位置となる 1個の電磁感知素子とを接続している。
    [0024] また、 本発明の電磁気特性変化部の検出装置は、 電磁気特性変化部を有する被 検出部材と相対移動し、 この相対移動方向に一列に配列した 4個の電磁感知素子 と、 これら 4個の電磁感知素子のそれぞれが 4つの辺を形成しているプリ ッ ジ回 路とを有する電磁気特性変化部の検出装置において、 前記一列に配列した 4 個の 電磁感知素子の中、 外側の 2個を、 前記プリ 'ン ジ回路の対向した 2つの辺のそれ ぞれに接続し、 内側の 2個をブリ ッジ回路の他の対向する 2辺のそれぞれに接^ している。
    [0025] なお、 電磁気特性変化部の幅を / 2 とした場合、 各素子は ノ 4または / / 4よりやや小さ く形成し、 各磁気抵抗素子間のピッチを ノ 4または ノ 4より やや大き く するこ とが望ま しい。
    [0026] かかる構成によれば、 電磁気特性変化部のュ ッジ部における磁异のゆらぎによ る複数の出力波形の影響を除去して、 電磁気特性変化部に対応した萆一の出力波 形を得るこ とができると ともに、 ピーク幅の狭い出力波形が得られ、 単一の電 気特性変化部を容易に、 かつ高精度に検出することができる。 図面の簡単な説明
    [0027] m 1 ( A ) は本発明の実施例に係る電磁気特性変化都の上に配列した各 気 ¾ 抗素子を示す斜視図.、 図 1 ( B ) はこれら各磁気抵抗素子のブリ ッ ジ回路 EL m
    [0028] 2 は本実施例に係るブ " ジ回路の出力波形の模式 IS ·、 図 3 は本実施例に孫る一'' リ ッ ジ面路の出力波形の一例を示す図表である。
    [0029] 図 4 ( A ) は従来の電磁気特性変化部の上に配列した各磁気抵抗素子を示す 視図、 図〗 （B ) はこれら各磁気抵抗素子'のブリ ' ジ回路図、 0 5 は電磁気特^ 変化都に対する磁界の印加状態を示す斜視図、 図 6 ( A ) 〜図 6 ( H ) は電磁気 特性変化部の検出方法の説明図、 図 7 は従来のプリ '：' ジ面路の出力波形の一例を 示す図表である。 発明を実施するための最良の形態 '
    [0030] 本発明に係る電磁気特性変化部の検出方法および装置の好ま しい実施例を、 添 付図面に従って詳説する。 なお、 従来技術において説明した部分と対応するとこ ろは、 同一の符号を付して説明を省略する。
    [0031] 図 1 は、 本発明の実施例に係る電磁気特性変化部の検出方法および装置の説明 図であって、 図 1 ( A ) は各電 K感知素子の配列状態を示し、 図 i ( B ) はこわ ら各電磁感知素子のブリ ッ ジ回路図を示している。
    [0032] 電磁感知素子である 4個の磁気抵抗素子 1 0 A〜 1 0 Dは、 従来と同様に、 被 検出部材であるスケール 1 2の目盛り 1 4に ¾つて一列に配置してある。 各磁気 抵抗素子 1 0 A〜 1 0 Dは、 図示しない磁気シール ドケース等に収納され、 スケ ール 1 2 と相対移動可能に保持されている。 また、 各磁気抵抗素子 1 0 A 〜 1 0 Dの幅は、 スケール 1 2 の電磁気特性変化部である凸部 1 6 の幅を ノ 2 と した 場合に-. その半分の 4 ない しはこれよりやや小さ く形成してある。 このため .、 各磁気抵抗素子 1 0 A〜 1 0 Dのう ち 2個の素子 〗 O A , 1 O Bが同時に凸訐 1 6 に対応した位置に く ると、 他の 2個の素子 1 0 C , 1 0 Dは凹部 1 8 と対 It. した位置に く るようになっている。
    [0033] また、 各磁気抵抗素子 1 0 A〜 1 0 Dは、 図 1 ( B ) に示すように検出回路 あるブリ ·.. ジ面路 3 0を構成している。 このブリ ソ ジ面路 3 0 は、 従来技術に いて示したブリ ッ ジ回と 2 0 と異なり 、 一列に配列した 4個の磁気抵抗素子 1 ？ A 〜 1 0 Dの中、 凸部 1 G と凹¾ 1 8 と対応する位置にある斜線で示した 2個し 磁気抵抗素子 1 0 A、 1 0 D力 、 ィリ ツ ジ面路 3 0 の対向した 2辺を構成してし る。 また、 凸部 1 6 と 03部 1 8 と対応する位置にある他の 2悃の S気抵抗素子 ί 0 Β 、 1 0 Cがブ ッ ジ面路 3 0 の他の対向した 2辺を構成している。 従つて _ ブリ -' ジ面路 3 0 の出力 Ε 、 各磁気抵抗素子 i 0 A 〜 1 0 Dの電気抵抗を K；. RD とすると
    [0034] E o= R x R c R « x R ( 2 )
    [0035] で表される。
    [0036] すなわち、 式 （ 2 ) の右辺第 1 項は凸部 1 6 に対応した位置にある磁気抵抗素 子 1 0 Bの抵抗値 R B と凹部 1 8 に対応した位置にある磁気抵 ¾素子 1 0 Gの抵 抗値 R c との積で、 第 2項も凸部 1 6 に対応した位置にある磁気抵抗素子 1 0 k の抵抗値 R と凹部 1 8 に対応した位置にある磁気抵抗素子 1 0 0の抵抗値 との積で示され、 出力 Eは第 1 項と第 2項の差に比例している。
    [0037] こ こで、 ブリ ッ ジ回路 3 0を構成している各磁気抵抗素子 1 0 A 】 0 Dが、 図 6 ( A) （H) の如く電磁気特性変化部である凸部 1 6を通過すると、 出力 Eは次のように変化する。
    [0038] 図 6 (A) の状態の場合、 R X R c - R X R 0
    [0039] 図 6 (B ) の状態の場合、 R X R c - R ή X R 0
    [0040] 図 6 (C) の状態の場合、 R X R c - R X R 0
    [0041] 図 6 (D) の状態の場合、 R B X R C - R x R 0
    [0042] 図 6 (E) の状態の場合、 R x R c - R x R 0
    [0043] 図 6 (F ) の状態の場合、 R x R c - R a x R 0
    [0044] 図 6 (G) の伏態の場合、 R x R - R Λ R 0
    [0045] 図 6 (H) の状態の場合、 R x R c - R x R = 0
    [0046] すなわち、 プリ ッ ジ面路 3 0 の出力波形を模式的に表すと図 2のようになり -、 基準電圧の零点に対してプラス側とマイ ナス側に大きな 1 つのピークを形成する o なお、 図 2中の符号 A Hは、 図 6 (A) 〜図 6 (H) の各状態の場合に対応 図 3 は、 スケール 1 2 の凸都 1 6を 1 mmをもつて形成し、 また各磁気抵抗素 子 ] 0 A ] 0 Dの幅を 0. 5 m mよりやや小さ く形成し、 素子間ビツチを 0. 5 mmに形成したときのブリ ッ ジ面路 3 0の出力波形を示したものである。 図に 示されるとおりプラス側またはマィナス側に 〗 つの大きなビークを示す波形が得 られ , mえば原点等のよ うに、 1 ビ ·；■· ト用に形成した単一の電磁気特性変化部を 容易、 確実に検出するこ とができる。 しかも、 波形の幅が狭いため、 検出精度の 向上を図るこ とができる。
    [0047] また、 4個の磁気抵抗素子 1 0 A〜 1 0 Dによってブリ つ ジ回路 3 0を構成す るこ とにより、 溘度変化等による影響をキヤ ンセルするこ とができ る。 勿論、 ス ケールの目盛りのように、 周期的かつ連続的に電磁気特性変化'部が変化する場合 にも、 検出精度が向上し、 雑音等の影響を小さ くできて検出誤差を小さ く するこ とができる。 また、 横バイ ァス磁場を調整することでピークを大き く できる。 特 に、. 4 5度方向からのバイ アスは、 ピーク县を大き く する こ とができる。
    [0048] なお、 前記実施例においては、 電磁感知素子が強磁性体磁気抵抗素子 1 0 A〜 1 0 Dである場合について説明したが、 電磁感知素子は強磁性体磁気抵抗素子' 限定されるものでな く、 半導体磁気抵抗素子やホール素子、 またはコ イ ル等であ つてもよい。 また、 前記実施例においては、 電磁気特性変化部を凸部 1 6 によつ て形成した場合について説明したが、 電磁気特性変化部は着磁等によつて形成し てもよい。 さ らに、 前記実施例においては、 ス ケール 1 2が直線的に形成されて いる場合について説明したが、 ロータ リ エンコーダ等に適用できるとは勿論であ る。
    [0049] 以上に説明したように、 本発明によれば、 一列に配列した 4個の電磁感知素子 の中、 電磁気特性変化部と対応する位置にある電磁感知素子と、 電磁気特性変化 部と対応しない位置にある電磁感知素子とによつて、 プリ ッ ジ面路の対向 した 2 辺をそれぞれ構成したこ とにより、 基準電圧に対して一側に幅の狭い 1 つのビー クを有する 1力波形が得られ、 原点等の単一の電磁気特性変化部を高精度に検出 する こ とができる。 産業上の利用可能性
    [0050] 本発明は、 油圧シ リ ンダの位置検出装置やリ ニヤ ス 一ル、 一タ リ ェ ン コ一 ダ等の被検出部材に形成した電磁気特性変化部を高精度に検出する方法および装 置と して有用である。
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 囲
    1 . 電磁気特性変化部を有する被検出部材と相対移動する 4個の電磁感知素子が 相対移動方向に一列に配列し、 且つ相対移動に伴って 4個の中の 2個が同時に前 記電磁気特性変化部と対応した位置にあるとき、 他の 2個が電 気特性変化部と 対応しない位置となるように配列し、 これら 4個の電磁感知素子のそれぞれをブ リ ッ ジ面路の 4つの辺に接続して電磁気特性変化部を検出する方法において、 前記プリ ッ ジ面路の対向する 2辺のそれぞれに、 前記電磁気特性変化部と対 Γビ、 した位置にある 1個の電磁感知素子と、 前記電磁気特性変化部と対応しない位置 となる 1個の電磁感知素子とを接続して電磁気特性変化部を検出することを特 if とする電磁気特性変化部の検出方法。
    2 . 電磁気特性変化部を有する被検出部材と相対移動し、 この移動方向に一列に 配列した 4個の電磁感知素子と、 これら 4個の電磁感知素子のそれぞれが 4つの 辺を形成しているブリ ッ ジ面路とを有する電磁気特性変化部の検出装置において 前記一列に配列した 4個の電磁感知素子の中、 外側の 2偭を前記プリ ッ ジ面路 ο 対向する 2辺のそれぞれに接続し、 且つ内側の 2個をブリ ッ ジ面路の他の対向す る 2辺のそれぞれに接続したこ とを特徴とする電磁気特性変化部の検出装置。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1992-10-15| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AU CA KR US |
    1992-10-15| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT DE FR GB IT SE |
    1992-11-26| DFPE| Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)|Free format text: EUROPEAN PATENT(AT) |
    1993-09-24| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1992907097 Country of ref document: EP |
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    1994-08-03| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1992907097 Country of ref document: EP |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP3091353A|JP2978582B2|1991-03-29|1991-03-29|電磁気特性変化部の検出方法および装置|
    JP3/91353||1991-03-29||EP19920907097| EP0608417B1|1991-03-29|1992-03-24|Method for sensing part where electromagnetic characteristics are changed, and device thereof|
    US08/122,591| US5436560A|1991-03-29|1992-03-24|Method and device for detecting electromagnetic characteristic changing portion|
    DE1992625491| DE69225491T2|1991-03-29|1992-03-24|Methode zum aufspüren von teilen, bei denen die elektromagnetischen eigenschaften verändert sind und gerät dazu|
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