专利名称：位置传感器和偏磁场生成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于机床、工业机械、精密长度/角度测量仪器等 的诸如磁栅(magnetic scale )和旋转编码器的位置传感器以及用在 该位置传感器中的偏^磁场生成装置。
背景^支术
迄今为止，作为应用于机床、工业机械、精密长度/角度测量仪 器等的诸如磁栅和旋转编码器的位置传感器的检测头，已经使用了 利用Fe-Ni、Ni-Co等的薄膜的磁阻效应的磁阻效应装置(MR装置)。
使用基于MR装置的4企测头的,兹栅和旋转编码器根据其目的、 用途等而在形状和结构方面有^艮大的不同。在这些^^册和旋转编码 器中，基本将需要高精度和高分辨率的磁栅和旋转编码器配置为缩 短f兹记录的间距(记录波长)或者控制MR传感器的输出波形以减 少谐波失真并提高信噪比(S/N),从而减小在一个波长内进行内插 时的误差，由此实现高精度和高分辨率。
另外，在上述这种才企测头中，众所周知，可以通过对MR传感 '器设置偏》兹体以生成偏》兹场来实现更高的精度和更高的分辨率。同时，上述类型的位置传感器具有在其上与MR传感器相对的 位置记录f兹信息的,兹记录介质，当MR传感器和》兹记录介质相对于 彼此移动时，通过MR传感器检测磁记录介质上的^兹信息来#1行位 置才企测。作为用在这种类型的位置传感器中的磁记录介质，已经揭_ 出了包括增量层(incremental layer )和绝对层的》兹记录介质。包括 增量层和绝对层的》兹记录介质通常属于双^兹道结构，其中i殳置有彼 此平^f亍的一个增量层和一个绝对层。此外，为了减少绝对层和增量 层之间的相位差，已经提出了三磁道结构的磁记录介质，其中设置 有彼此平行的两个增量层和夹置在它们之间的一个绝对层。
这里，在包括用于检测记录在具有多个^兹道的；兹记录介质上的 磁信息的检测头的位置传感器设置有上述偏磁场生成部的情况下， 只能为分别与绝对层和增量层相对应的MR传感器提供相同的偏磁 场。因此，如果根据增量层设计偏磁场，则会降低MR传感器关于 绝对层的的灵敏度并且会劣化磁信息检测的精度。另 一 方面，如果 根据绝对层设计偏磁场，则会显著劣化关于增量层的内插精度和返 回误差。
日本专利/>开第Hei 8-68661号
发明内容
因此，需要被配置为通过使用基于MR装置的检测头来获得高 精度的位置传感器(例如磁栅、编码器等)，它们被改良以实现更 高的精度。还需要应用于该位置传感器的偏磁场生成装置。
根据本发明的实施例，提供了一种位置传感器，包括磁记录 介质，包括两个增量层和一个绝对层，绝对层设置在增量层之间，各层都具有记录在其中的》兹信息；以及磁才企测部，包括与》兹记录介 质的各层相对的三个,兹阻效应装置，相对于》兹记录介质在各层的延 伸方向上移动，并用于通过磁阻效应装置^r测各层中的磁信息，其 中，；兹才企测部具有与,兹阻岁丈应装置相对i殳置并用于生成与》兹阻岁文应 装置相对应的偏石兹场的偏,兹场生成部。
根据本发明的另 一 实施例，提供了 一种应用于位置传感器的偏 ,兹场生成装置，该位置传感器包括磁记录介质，包括两个增量层 和一个绝对层，绝对层设置在增量层之间，各层都具有记录在其中 的》兹信息；以及^兹;险测部，包4舌与》兹记录介质的各层相对的三个》兹 阻效应装置，相对于,兹记录介质在各层的延伸方向上移动，并用于 通过磁阻效应装置检测各层中的》兹信息，其中，偏》兹场生成装置具 有与》兹才企测部的》兹阻岁丈应装置相只于并用于生成与；兹阻效应装置相 3十应的偏^兹场的偏》兹场生成部。
才艮据本发明的上述实施例，可以生成用于磁阻效应装置的最佳 偏》兹场，所述》兹阻效应装置用于4企测在具有绝对层和增量层的》兹记 录介质中的磁信息。此外，对于增量层，最大程度地改善了返回误 差和内插，并且对于绝对层，可以高精度地执行^磁信息检测。
图1是示出作为本发明第 一 实施例的位置传感器的安装结构的 主要部分的透一见图2是示出记录在刻度件(scale member)的》兹记录介质中的 石兹信号图案的示意图3是示出在检测头和刻度件之间的位置关系的主要部分的透 视图；图4A是》兹场生成部的平面图，图4B是》兹场生成部的前^L图， 以及图4C是石兹场生成部的侧—见图5是示出另一形式的》兹场生成部的透一见图6是通过图4所示》兹场生成部生成的f兹场的才莫拟图；以及
图7是示出》兹场生成部的另一实施例的透^L图。
具体实施例方式
下文，将参照附图详细描述本发明的几个具体实施例。如图1 所示，根据本发明实施例的用于机床、工业机械、精密长度/角度测 量仪器等的位置传感器1包括刻度件3，安装至设置在例如机床 的卡箍侧的安装基座部2;以及传感器单元5, i殳置在刀架滑台4 侧，与刻度件3相对i殳置并用作》兹4企测装置。
当刀架滑台4相对于卡箍移动时，位置传感器1立即检测相对 位置，即，由安装至刀架滑台4的刀具对机件进行加工的位置，并 将检测信号输出至机床的控制单元。
顺便提及，位置传感器1不限于上述结构。例如，传感器单元 5和刻度件3可以分别附接至以跟踪刀架滑台4和卡箍的动作的方 式所移动的部分。另外，可以这样配置位置传感器1,例如，将刻 度件3安装至刀架滑台4侧，并将传感器单元5安装至卡箍侧。当 然，位置传感器1不^f又可以安装至具有上述结构的才几床，而且可以 安装至其它结构的机床，也可以安装至各种不同的装置。
如图2和图3所示，连4妄至才几床的安装基座部2的刻度件3包 括长刻度基底件11以及具有两个增量层12、 13和一个绝对层14 的^兹记录介质15。刻度件3通过例如以下方法形成通过无电镀以2 pm 3 |am的涂覆厚度将》兹材料涂覆在包4舌具有矩形截面形状的 玻璃基底件的刻度基底件11的表面，并通过普通的磁记录头沿着 长度方向在磁材料层中记录预定的图案，从而形成》兹记录介质15 的增量层12、 13和绝对层14。由穿过设置在刻度基底件11中的安 装孔的螺栓等将刻度件3附接至安装基座部2。
构成刻度件3的增量层12、 13和绝对层14被配置为绝对层14 夹置在增量层12、 13之间。增量层12、 13和绝对层14具有分别 以图2所示的图案记录在其中的磁信号。刻度件3的增量层12、 13 分别具有通过例如以头见则间距交^^形成N才及和S才及的,兹极化记录在 其中的》兹信号。另外，刻度件3的绝对层14 ^皮配置为例如具有在 与预定的固定点位置相对应的位置记录,兹信息的》兹记录部以及位 于其它位置且没有记录》兹信息的非记录部。
如图1所示，例如，在长度方向上相只于于刻度4牛3移动的传感 器单元5被配置为具有壳体21，通过由合成树脂材料形成的连接 部将该壳体21附接至刀架滑台4的安装部；检测头22,通过用于 以固定的安装姿势支持冲企测头22的支撑才几构(未示出)将该4企测 头22安装在壳体21上；检测电路(未示出)等。通过行走导轨机 构23将传感器单元5设置为与刻度件3相对，并且在执行机件加 工期间，传感器单元5在图1所示箭头A的方向上与刀架滑台4一 体地往复运动。
传感器单元5的检测头22包括三个传感器，由第一增量层 传感器24、第二增量层传感器25和绝对层传感器26构成；以及》兹 场生成部30,设置在与每个传感器都相对的位置。例如，每个传感 器都具有磁阻效应装置(MR装置)。顺便提及，各传感器并不限于 刚刚所说的传感器，只要能高精度检测记录在刻度件3中的磁信息， 就可以是4壬意一种传感器。例如，每个传感器均可以具有人工4册格 膜结构的》兹阻效应装置。第一增量层传感器24 i殳置为与刻度件3的增量层12相对，其间保持固定的间隔。第二增量层传感器25设 置为与刻度件3的增量层13相对，其间之间保持固定的间隔。绝 对层传感器26设置为与刻度件3的绝对层14相对，其间保持固定 的间隔。
》兹场生成部30设置为与传感器的表面(面向万兹记录介质15的 表面的相反侧)相对，并用于将偏》兹场施加给其相对的传感器。更 具体地，如图4A~图4C所示，磁场生成部30包括绝对层偏石兹 件31，设置为与第一和第二增量层传感器24、 25以及绝对层传感 器26相对并覆盖传感器24、 25和26;第一增量层偏》兹件32，堆 叠在绝对层偏磁件31上并设置为与第 一增量层传感器24相对并覆 盖第一增量层传感器24;以及第二增量层偏磁件33，设置为与第 二增量层传感器25相对并覆盖第二增量层传感器25。
绝对层偏磁件31具有薄板状永磁体，具有大小可覆盖三个传 感器24、 25和26的主表面，并且其长边与刻度件3的长度方向垂 直且其短边与刻度件3的长度方向平4于。如绝对层偏》兹件31,第一 增量层偏磁件32也具有薄板状永磁体，并具有仅覆盖第一增量层 传感器24的大小，排除与绝对层14相对的位置。如绝对层偏^磁件 31,第二增量层偏》兹件33具有薄板状永》兹体，并具有4又覆盖第二 增量层传感器25的大小，排除与绝对层14相对的位置。
第一和第二增量层偏^F兹件32、 33的每一个均具有与绝对层偏 石兹件31基本相同的厚度，并具有比绝对层偏》兹件31的短边略短的 宽度。,兹场生成部30具有以下结构，通过粘合剂等的接合，如图 4B所示，将绝对层偏》兹件31以及第一和第二增量层偏^磁件32、 33 集成装配，以具有大致角度为U型的整体形状。
对磁场生成部30进行配置，使得在绝对层偏磁件31上设置第 一和第二增量层偏》兹件32和33的一侧的表面与传感器24、 25、 26 相》于，它们之间具有预定的间隔。另外，如图5所示，》兹场生成部30具有这才羊的结构，第一增 量层偏,兹件32和第二增量层偏》兹件33 ^皮配置为具有不同的》兹性招_ 化方向。在图5所示的实例中，第一增量层偏v磁件32和第二增量 层偏》兹件33被形成为它们的S极彼此接近。
如上配置的》兹场生成部30的》兹体厚度4艮据分别施加纟合与其相 只于的传感器24、 25、 26的偏》兹场而变4b。具体i也，与第一和第二 增量层传感器24和25有关的偏》兹体的厚度设置为大于与绝对层传 感器26有关的偏》兹体的厚度。此外，由于》兹场生成部30中的第一 增量层偏》兹件32和第二增量层偏i兹件33 ^皮配置为具有不同的^兹才及 化方向，所以减小了夹在两者之间的绝对层传感器26的偏》兹场。
如图6所示，可以看出，在如上配置的；兹场生成部30中，箱t 场的生成在中心区域:故抑制。图6示出了在一个系统中生成的磁场 的模拟结果，在该系统中，9xl4x0.5mm大小的》兹体被用作绝对 层偏》兹件31，而两个8x6x 0.5mm大小的》兹体净皮用作第一和第二 增量层偏》兹件32、 33,以装配出如图4所示的f兹场生成部30。从 图6可以看出，在与第一和第二增量层^扁》兹^f牛32和33最4妾近的区 域A中的》兹场最强，在位于第一和第二增量层偏》兹件32和33之间 的区i成B、 C和D中生成的,兹场弱于区i或A中的,兹场，在区i或B、 C和D中所生成的,兹场在强度上依次逐渐"接近在区域A中的》兹场， 并且在区域B中磁场受到的抑制最大。顺便提及，在磁场的测量中， 具有相同》兹极化方向的石兹体^皮用作第 一和第二增量层偏磁件32 、 33。该测量结果也证实了所生成的磁场强度根据位置而变化。
在具有上述结构的位置传感器中，设置具有夹置在两个增量层 之间的绝对层的刻度件，并且对用于检测记录在》兹记录介质上的磁 信息的》兹阻效应装置可以生成最佳偏》兹场。此外，对于增量层，招* 大地改善了返回误差和内插，并且对于绝对层，可以高精度地执行 ,兹孑言息;险测。顺便提及，在根据本发明实施例的位置传感器的磁场生成部 中，偏磁场的控制并不局限于通过使用上述偏磁体厚度与磁极化方 向的组合，还可以通过使用偏》兹体厚度和》兹极化方向中的任意一个
来进4亍控制。另外，》兹场生成部30并不局限于上述多个构件的组 合，还可以形成为具有上述类似形状的整体。此外，着眼于如上所 述偏》兹体的》兹才及化方向不同的》兹场生成部，例如，可以考虑采用如 图7所示的结构，其中，省略了上述绝对层偏》兹件31，并且将》兹极 化方向不同的两个薄^反状7J^兹体用于构成》兹场生成部40。在这种情 况下，也可以获4寻如上所述的相同J文果。
顺便提及，本发明并不局限于上述实施例，当然，可以在不脱 离本发明本质范围的情况下进行各种修改。
权利要求
1. 一种位置传感器，包括磁记录介质，包括两个增量层和一个绝对层，所述绝对层设置在所述增量层之间，各层都具有记录在其中的磁信息；以及磁检测装置，包括与所述磁记录介质的各层相对的三个磁阻效应装置，相对于所述磁记录介质在各层的延伸方向上移动，并用于通过所述磁阻效应装置检测各层中的所述磁信息，其中，所述磁检测装置具有与所述磁阻效应装置相对设置并用于生成与所述磁阻效应装置相对应的偏磁场的偏磁场生成装置。
2. 根据权利要求1所述的位置传感器，其中，所述偏磁场生成装 置包括偏;兹体，其厚度4艮据与所述》兹记录介质的各层相对的所 述石兹;险测装置的所述^f兹阻效应装置而不同。
3. 根据权利要求1所述的位置传感器，其中，所述偏磁场生成装 置包括多个偏》兹体，其,兹极化方向根据与所述^兹记录介质的各 层相对的所述磁检测装置的所述磁阻效应装置而不同。
4. 一种应用于位置传感器的偏》兹场生成装置，所述位置传感器包 括,兹记录介质，包括两个增量层和一个绝对层，所述绝对层 i殳置在所述增量层之间，各层都具有记录在其中的》兹信息；以 及石兹检测装置，包括与所述》兹记录介质的各层相对的三个磁阻 效应装置，相对于所述磁记录介质在各层的延伸方向上移动， 并用于通过所述磁阻效应装置检测各层中的所述磁信息，其中，所述偏》兹场生成装置具有与所述i兹;险测装置的所 述》兹阻效应装置相对i殳置并且用于生成与所述》兹阻效应装置 相乂十应的^f扁》兹场的偏f兹场生成单元。
5. 才艮据斥又利要求4所述的偏》兹场生成装置，其中，所述偏i兹场生 成单元包括偏磁体，其厚度才艮据与所述^兹记录介质的各层相对 的所述磁检测装置的所述磁阻效应装置而不同。
6. 4艮据一又利要求4所述的偏/磁场生成装置，其中，所述偏》兹场生 成单元包括多个偏》兹体，其》兹才及化方向才艮据与所述i兹记录介质 的各层相对的所述》兹检测装置的所述磁阻效应装置而不同。
全文摘要
本发明公开了位置传感器和偏磁场生成装置，其中，该位置传感器包括磁记录介质，包括两个增量层和一个绝对层，绝对层设置在增量层之间，每层都具有记录在其中的磁信息；以及磁检测部，包括与磁记录介质的各层相对的三个磁阻效应装置，相对于磁记录介质在各层的延伸方向上移动，并用于通过磁阻效应装置检测各层中的磁信息。对于增量层，最大程度地改善了返回误差和内插，并且对于绝对层，可以高精度地执行磁信息检测。
文档编号G01B7/00GK101419049SQ20081016792
公开日2009年4月29日 申请日期2008年10月16日 优先权日2007年10月22日
发明者中川信洋, 中村薰一, 久须美雅昭 申请人:索尼株式会社