專利名稱：磁編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用磁傳感器檢測由磁介質(zhì)產(chǎn)生的磁場從而能夠得到可動 部件的位移或速度的磁編碼器。
背景技術(shù)：
精密地檢測可動部件的位移或速度從而進(jìn)行反饋控制的機(jī)械裝置很 多。作為一例可以舉出自動調(diào)焦照相機(jī)用的透鏡鏡筒。在透鏡鏡筒內(nèi)設(shè)有 用電動馬達(dá)或超聲波馬達(dá)使透鏡進(jìn)退的調(diào)焦機(jī)構(gòu)。使用磁編碼器對構(gòu)成調(diào) 焦機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)位移進(jìn)行檢測。在專利文獻(xiàn)1中公開了用于調(diào)焦機(jī)
構(gòu)的磁編碼器，圖18A中示出其外觀立體圖。磁傳感器210被按壓在沿著 鏡筒255設(shè)置的具有曲率的磁介質(zhì)150上。磁傳感器210由磁傳感器元件 240和加壓彈簧220構(gòu)成。從圖18A可以清楚，與磁介質(zhì)相對面的尺寸相 比較，磁傳感器元件240的厚度非常薄。在鏡筒內(nèi)的有限的空間中，期望 磁傳感器元件240較薄，因此，與難以薄壁化的光學(xué)式編碼器相比，磁編 碼器使用較多。使磁傳感器元件240的輸出反饋，進(jìn)而利用馬達(dá)260驅(qū)動 鏡筒255進(jìn)行對焦。
為了高精度地檢測位移，要求磁編碼器具有高分辨率。分辨率可以用 磁介質(zhì)的磁化間距表示，該磁化間距以往為30 5(Him，期望為10 20pm、 進(jìn)一步為10pm以下。隨著高分辨率化的進(jìn)展，磁介質(zhì)和磁傳感器元件的 間隔即間隙的影響變大，需要消除間隙變動。因此，使磁介質(zhì)和磁傳感器 元件接觸并使其滑動較為有利因而采用地較多。
在本說明書中，為了容易理解磁傳感器元件和磁介質(zhì)的位置關(guān)系，考 慮如下的正交坐標(biāo)設(shè)磁傳感器元件在磁介質(zhì)上相對地往復(fù)滑動的方向?yàn)?X軸、設(shè)與磁傳感器元件在磁介質(zhì)上相對地往復(fù)滑動的方向垂直且沿著磁 介質(zhì)面的方向?yàn)閅軸、設(shè)與磁介質(zhì)面垂直的方向?yàn)閆軸。并且，設(shè)施加將 磁傳感器元件按壓在磁介質(zhì)上的力的點(diǎn)(加壓點(diǎn))為X軸的原點(diǎn)，設(shè)從X軸原點(diǎn)朝向X方向的磁傳感器元件和磁介質(zhì)的相對的位置偏移為X偏置。 進(jìn)一步，為了說明磁傳感器元件相對于磁介質(zhì)面的相對姿態(tài)，設(shè)磁傳感器
元件面以X軸為中心傾斜的角度為俯仰角，設(shè)以Y軸為中心傾斜的角度為 傾滾角，當(dāng)滑動面與X—Y平面平行時，設(shè)傾滾角為0度、俯仰角為0度。
在圖18B中以側(cè)視圖示出為了使滑動時的磁傳感器元件240的俯仰角 保持穩(wěn)定而在組裝時將磁傳感器元件240均一地抵靠在磁介質(zhì)150上的加 壓彈簧220的構(gòu)造。磁傳感器元件240安裝在保持器222上，并且保持器 能夠以保持器222的背面的擺動中心軸為支點(diǎn)相對于加壓彈簧220擺動。 通過擺動，即使加壓彈簧220的固定部和磁介質(zhì)之間的距離變動，磁傳感 器元件240也能夠經(jīng)由襯墊246緊貼在磁介質(zhì)150上。由于磁傳感器元件 240具有與磁介質(zhì)150的位移方向大致平行的擺動中心并擺動，因此磁傳感 器元件240和磁介質(zhì)150夾著襯墊246緊貼，能夠高精度地對磁介質(zhì)150 的移動量(即對焦用透鏡組的進(jìn)退量)進(jìn)行檢測。擺動中心是擺動時的支 點(diǎn)，是將磁傳感器元件240按壓在磁介質(zhì)150上的加壓點(diǎn)224。磁傳感器元 件240的輸出通過FPC (Flexible Print Circuit:柔性印刷電路)被取出。
專利文獻(xiàn)2中公開了使一片板簧具有加壓功能和保持俯仰角恒定的功 能的磁編碼器的構(gòu)造。如在圖19A中以立體圖所示那樣，板簧320利用傳 感器保持部322保持磁傳感器元件340，板簧320的第一臂部334和連接部 335、以及第二臂部336支承傳感器保持部322，固定部326固定在安裝座 360上。如圖19B的側(cè)視圖所示，即使板簧320的固定部326和磁介質(zhì)150 之間的距離變動，第一臂部334和第二臂部336朝相反的方向撓曲，能夠 使俯仰角保持恒定。但是，對于更高精度的要求，存在由磁介質(zhì)150和磁 傳感器元件340之間的X偏置和傾滾角引起的間隙變動大的問題。
專利文獻(xiàn)3中公開了能夠降低由磁傳感器元件的X偏置和傾滾角引起 的間隙變動的磁傳感器保持構(gòu)造。如在圖20中以立體圖所示那樣，專利文 獻(xiàn)3提出了磁傳感器元件440的滑動方向的寬度w為磁化間距的2 15倍、 為0.04 0.3mm的非常狹窄的磁傳感器元件440。另外，圖20A是示出磁 傳感器410整體的立體圖，磁傳感器元件440與磁介質(zhì)150相對。圖20B 是示出在磁傳感器410的前端將磁傳感器元件440安裝在懸架420上的構(gòu) 造的立體圖，圖20C中示出將該磁傳感器元件440進(jìn)一步放大后的立體圖。使與磁介質(zhì)150接觸的磁傳感器元件440的滑動方向?qū)挾葁減小至0.3mm 以下，減少由X偏置和傾滾角變動引起的間隙變動，實(shí)現(xiàn)信號輸出振幅的 穩(wěn)定化。
專利文獻(xiàn)4中公開了使一片板簧具有加壓彈簧功能和相對于俯仰角和
傾滾角變動具有追隨性的萬向彈簧(-:^/^wf打)功能的磁傳感器保持
構(gòu)造。圖21A中示出其外觀立體圖。用于硬盤驅(qū)動器(HDD)中的、方形 狀的渦旋狀板簧520由保持浮動頭滑塊540的滑塊保持部522、固定部526 以及渦旋狀彈性部534構(gòu)成。渦旋狀彈性部534從固定部526的四邊的各 邊的大致端部圍繞滑塊保持部522大致3/4周到達(dá)滑塊保持部522的各邊 的大致中央。為了增長渦旋狀彈性部534，渦旋狀彈性部534從固定部526 的端部延伸至滑塊保持部522的各邊的中央。增長渦旋狀彈性部534能夠 降低傾滾方向和俯仰方向的彈性，能夠提高浮動頭滑塊540相對于磁介質(zhì) 面的微小的凹凸的追隨性。但是，由于降低了傾滾方向和俯仰方向的彈性， 因此無法得到將浮動頭滑塊540按壓在磁介質(zhì)150上的力(載荷)。并且， 在跟蹤的精度上無法一邊使磁介質(zhì)150和浮動頭滑塊540滑動一邊進(jìn)行錄 放。
專利文獻(xiàn)l:日本特開2000—205808號公報 專利文獻(xiàn)2:日本特開2003—344105號公報 專利文獻(xiàn)3:日本特開2006 — 64381號公報 專利文獻(xiàn)4:日本特開昭63 — 149888號公報
通過如圖20所示的專利文獻(xiàn)3的磁傳感器保持構(gòu)造那樣將滑動方向的 寬度減小至0.3mm以下，即使存在X偏置或傾滾角的變動，也能夠抑制間 隙變動，但在安裝上會產(chǎn)生下述的各種問題。由于滑動方向的寬度w小， 因此磁傳感器元件440的側(cè)邊446容易與磁介質(zhì)150接觸，需要將側(cè)邊446 形成為曲面。以往的磁傳感器元件通過在晶片上形成元件之后利用磨石將 晶片切斷得到。但是，為了將側(cè)邊形成為曲面，需要在加工成磁傳感器元 件單體之后進(jìn)行加工，難以降低制造成本。
在專利文獻(xiàn)3中，關(guān)于磁傳感器元件440的厚度h'并未記載具體的數(shù) 值，但是在磁傳感器元件440的周圍設(shè)有FPC，由于需要使磁傳感器元件 440的厚度h，比FPC的厚度厚、因此推測h，至少在0.5mm以上。并且，從圖20B考慮厚度h'至少為滑動方向的寬度w的數(shù)倍。這樣，難以將厚 度h，比寬度w還大的元件垂直地固定在懸架420上。并且，也非常難以 以加壓點(diǎn)位于磁傳感器元件440的滑動方向的寬度w的中央部的方式固定。 磁傳感器元件以加壓點(diǎn)為支點(diǎn)以被拉向磁介質(zhì)移動方向的方式受力。如果 加壓點(diǎn)偏移則磁傳感器元件容易傾斜，磁傳感器元件440的側(cè)邊446與磁 介質(zhì)150接觸的頻度變多，導(dǎo)致耐磨性的降低。并且，由于減小了滑動面 積，因此在將磁傳感器按壓在磁介質(zhì)上的和以往一樣的大小的載荷的作用 下，單位面積的按壓力變得過大，導(dǎo)致耐磨性的降低。因此，考慮到產(chǎn)生 了減小載荷的需要，但是如果減小載荷則當(dāng)通過沖擊等從外部對磁編碼器 施加力時磁傳感器元件440變得容易傾斜。
如圖21所示的專利文獻(xiàn)4那樣的渦旋狀板簧520同時具有加壓彈簧功 能和萬向彈簧功能，但是，存在如下的缺點(diǎn)如果減小俯仰方向的彈性和 傾滾方向的彈性，則同時將磁傳感器元件按壓在磁介質(zhì)上的方向的彈性也 變小。因此，在如圖21A那樣的扁平的渦旋狀板簧中，當(dāng)將磁編碼器之類 的磁傳感器元件抵靠在磁介質(zhì)上并使其滑動進(jìn)行使用時，會產(chǎn)生無法得到 需要的載荷的情況。在專利文獻(xiàn)4中，為了確保需要的抵靠載荷，如圖21B 中用剖視圖所示，提出了使兩個渦旋狀板簧520和520'以通過壓花狀突起 部524和524'接觸的方式面對、從而使旋渦狀板簧520、 520，彎曲的構(gòu) 造。在該構(gòu)造中，由于部件數(shù)量和組裝工時增加，因此將加壓彈簧功能和 萬向彈簧功能形成在一片渦旋狀板簧上的效果完全抵消。進(jìn)一步，為了抑 制初始狀態(tài)的俯仰角、傾滾角的變動，需要較高的組裝精度，難以降低制 造成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供磁傳感器元件和磁介質(zhì)之間的間隙變動 小、磁傳感器元件和磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的組裝容易、磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的 部件數(shù)量少、耐滑動性高、對沖擊等的外力穩(wěn)定的磁編碼器。并且，提供 能夠在磁傳感器元件上以利用磨石從晶片切斷后的狀態(tài)使用的、廉價的磁 編碼器。
本發(fā)明的磁編碼器包括呈一定曲率的磁介質(zhì)和磁傳感器，磁傳感器具200880010425.3
相對往復(fù)滑動，具有對從磁介質(zhì)產(chǎn) 生的磁場進(jìn)行檢測的磁阻效應(yīng)元件；以及，磁傳感器保持機(jī)構(gòu)，使磁傳感 器元件與磁介質(zhì)相對并對其進(jìn)行彈性保持。磁傳感器保持機(jī)構(gòu)具有兩個 固定部，分別設(shè)置在磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的兩端，被設(shè)置在一個平面上；長 方形狀的傳感器保持部，將磁傳感器元件相對磁介質(zhì)保持，成為與設(shè)有兩 個固定部的平面平行的平面；以及，彈性臂，從長方形狀的傳感器保持部 的頂點(diǎn)附近繞傳感器保持部的周圍大約1/2周并分別延伸至各固定部的兩 端而將它們之間連接在一起；磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的彈性臂朝向磁介質(zhì)對傳 感器保持部上的磁傳感器元件賦予以下的力以磁介質(zhì)的往復(fù)滑動的方向 為軸的樞軸彈性力；以與磁介質(zhì)的往復(fù)滑動的所述方向垂直且與磁介質(zhì)面 平行的方向?yàn)檩S的樞軸彈性力；以及，與磁介質(zhì)面垂直的方向的彈性力。
磁傳感器保持機(jī)構(gòu)在其兩端分別具有固定部，在中央具有長方形狀的 傳感器保持部，并且具有四根彈性臂，所述四根彈性臂從傳感器保持部的 頂點(diǎn)繞傳感器保持部的周圍大約1/2周并延伸至各固定部的兩端從而將它 們之間連接在一起。四根彈性臂中的兩根連接一個固定部和傳感器保持部， 剩余的兩根彈性臂連接另一個固定部和傳感器保持部。彈性臂從兩個固定 部的相對的側(cè)邊的兩端相對于該側(cè)邊大致呈直角地伸出，繞傳感器保持部 的周圍大約半周并與傳感器保持部的側(cè)邊的端部(長方形狀的傳感器保持 部的頂點(diǎn)附近)連接。從一個固定部的側(cè)邊的兩端伸出的兩根彈性臂分別 連接在傳感器保持部的相鄰的側(cè)邊的端部上。彈性臂在傳感器保持部的外 周呈渦旋狀配置，渦旋方向可以是順時針或者是逆時針。需要使從兩個固 定部伸出的彈性臂的渦旋方向相同。
彈性臂從兩次到三次折彎大致90度，并連接固定部和傳感器保持部， 因此繞傳感器保持部的外周大致半周即大致180度。但并不限于該數(shù)值。 但是，對于繞傳感器保持部一周前后的巻繞，彈性臂的彈性下降并且形狀 變得復(fù)雜，因此不是優(yōu)選的。
磁傳感器保持機(jī)構(gòu)以夾著傳感器保持部的方式通過兩個固定部固定在 安裝座上。形成所謂的雙支承彈簧的構(gòu)造，即使固定部和磁介質(zhì)的Z軸方 向的距離變動，傳感器保持部相對于固定部也一邊保持平行狀態(tài)一邊在Z 軸方向上下移動。因此，不會出現(xiàn)像懸架彈簧那樣由于固定部和磁介質(zhì)的Z 8軸方向的距離變動從而俯仰角變動的情況。因此，能夠顯著地降低間隙變 動。在利用渦旋狀的彈性臂保持傳感器保持部的構(gòu)造中，相對于俯仰角和 傾滾角的變動能夠降低間隙變動。即使通過磁介質(zhì)的位置變動或磁傳感器 的安裝位置的變動而作用有想要使俯仰角或傾滾角變動的外力，通過彈性 臂彈性變形，能夠?qū)⒏┭鼋?、傾滾角保持為恒定，能夠降低間隙變動。艮P， 即使不極端地減小磁傳感器的寬度(X軸方向的尺寸)，也能夠降低間隙變 動。
磁傳感器保持機(jī)構(gòu)能夠以與磁介質(zhì)的移動方向平行或者正交的方式安 裝。以磁傳感器保持機(jī)構(gòu)固定的方式考慮比較容易理解。將成對的固定部 固定在安裝座上的部位能夠以與磁介質(zhì)平行或者正交的方式配置。進(jìn)一步， 換言之，從固定部伸出的彈性臂的開始伸出的方向可以與磁介質(zhì)平行或者 正交。在平行配置和正交配置中，需要改變彈性臂的寬度或彎曲方向等， 分別能夠通過形成最優(yōu)的設(shè)計進(jìn)行應(yīng)對。
并且，通過將磁傳感器元件的滑動方向的寬度形成為lmm以上，磁傳 感器元件和磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的組裝變得容易。通過將磁傳感器元件的滑 動方向的寬度加寬至lmm以上，能夠防止磁傳感器元件的端部與磁介質(zhì)接 觸，因此不需要對磁傳感器的滑動方向的端部進(jìn)行曲率加工。即，磁傳感 器元件能夠以利用磨石從晶片切斷的狀態(tài)使用。由此，能夠得到廉價的磁 編碼器。
對于本發(fā)明的磁編碼器，優(yōu)選磁傳感器元件的磁阻效應(yīng)元件位于磁傳 感器保持機(jī)構(gòu)的傳感器保持部的大致中央。
傳感器保持部的大致中央是施加將磁傳感器元件按壓在磁介質(zhì)上的載 荷的加載點(diǎn)。通過將磁傳感器元件的磁阻效應(yīng)元件配置在該加載點(diǎn)上，當(dāng) 磁傳感器元件相對于磁介質(zhì)往復(fù)滑動時，能夠使磁傳感器元件的輸出的差 最小。
在本發(fā)明的磁編碼器中，優(yōu)選磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的固定部、傳感器保 持部以及彈性臂由形成為一體的彈簧板形成。并且優(yōu)選該彈簧板為從50jmi 厚到20(Him厚。在單獨(dú)地制作固定部、傳感器保持部以及彈性臂并通過焊 接或者粘接劑組合來制作磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的情況下，不僅制造成本高而 且難以得到作為彈簧的功能。磁傳感器保持機(jī)構(gòu)能夠通過對一片金屬板進(jìn)行蝕刻或者沖壓制作成目的形狀。進(jìn)一步，也可以利用成形機(jī)對固定部進(jìn) 行彎曲加工來使用。根據(jù)使用的金屬材質(zhì)，需要的厚度不同，但是，從傾 滾方向或俯仰方向、按壓在磁介質(zhì)上的方向所需要的彈性力出發(fā)，優(yōu)選使
用5(Hmi厚到20(Vm厚的金屬板。
在本發(fā)明的磁編碼器中，優(yōu)選形成磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的彈簧板的材質(zhì) 為非磁性的不銹鋼或者磷青銅、鋅白銅、黃銅中的任一種銅合金。
為了不擾亂來自磁介質(zhì)的磁場，優(yōu)選磁傳感器保持機(jī)構(gòu)為非磁性材料。 優(yōu)選為具有彈性的非磁性金屬、且能夠進(jìn)行化學(xué)蝕刻的材質(zhì)。當(dāng)利用沖壓 加工彈性臂的復(fù)雜的形狀時，由于沖壓模具的價格高并且不容易進(jìn)行形狀 修正，因此最好選擇能夠進(jìn)行化學(xué)蝕刻的材質(zhì)。優(yōu)選為化學(xué)蝕刻容易且能 夠進(jìn)行折彎加工的非磁性不銹鋼(Fe—Ni—Cr)或者磷青銅(Cu—Sn—P)、 鋅白銅(Cu—Ni—Zn)、黃銅(Cu—Zn)。鋅白銅是有時也被稱為銅鎳鋅合 金的銅合金。
在本發(fā)明的磁編碼器中，優(yōu)選磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的彈性臂的與磁介質(zhì) 面垂直的方向上的彈性力相對于磁介質(zhì)具有50mN至800mN的按壓載荷。
如果不足50mN，則將磁傳感器元件按壓在磁介質(zhì)上的載荷過小，因此 存在滑動時磁傳感器元件從磁介質(zhì)面離開、輸出電壓變動的情況。這是通 過由磁介質(zhì)的表面的微小的起伏或凸部引起的磁傳感器元件的跳躍、或者 外力導(dǎo)致的離開等產(chǎn)生的。如果超過800mN則雖然能夠抑制由磁傳感器元 件的跳躍或者外力引起的離開，但是會產(chǎn)生耐磨性的問題。在將磁性體涂 覆在塑料薄膜上而成的磁介質(zhì)中，如果載荷上升則磁介質(zhì)表面變形，如果 磁傳感器元件的寬度小則會在磁傳感器元件的端部產(chǎn)生切削磁介質(zhì)表面的 現(xiàn)象，耐磨性急劇惡化。
磁介質(zhì)表面變形的載荷例如能夠以下述方式求出。將透明玻璃板抵靠 在曲率半徑為25mm的磁介質(zhì)表面上，求出透明玻璃板和磁介質(zhì)的接觸寬 度為0.5mm時的載荷。設(shè)接觸寬度為0.5mm，磁介質(zhì)表面變形。設(shè)磁介質(zhì) 的寬度方向?yàn)?mm。并且，磁介質(zhì)的表面的平均面粗糙度Ra大約為lpm。 磁介質(zhì)的塑料薄膜為PET且為20(Vm厚，磁性體是將平均粒徑ljam至10pm 的鍶鐵氧體粉末涂敷30^m厚而成的。變形開始的載荷為1136mN(116gf)， 從接觸面積算出磁介質(zhì)發(fā)生變形的單位面積的載荷為757mN/mm2?？紤]安全率，優(yōu)選抵靠負(fù)載在800mN (82gf)以下、大約530mN/mm2以下。通過 使單位面積的負(fù)載在530mN/mm2以下，不會發(fā)生由磁傳感器元件引起的磁 介質(zhì)表面的變形，因此即使減小磁傳感器元件的寬度，也不會在磁傳感器 元件的滑動方向側(cè)的側(cè)邊切削磁介質(zhì)表面。換言之，在使單位面積的載荷 值為530mN/mm2的情況下，需要使磁傳感器元件的滑動方向的寬度在 0.5mm以上。
在本發(fā)明的磁編碼器中，在磁傳感器元件未與磁介質(zhì)接觸的狀態(tài)下磁 傳感器保持機(jī)構(gòu)的傳感器保持部和彈性臂處于同一平面，并且，傳感器保 持部的平面和兩個固定部所位于的平面之間可存在高度差。
通過在兩個固定部的相互相對的側(cè)邊分別設(shè)置臺階狀的側(cè)壁并從位于 側(cè)壁的下端的邊取出彈性臂，能夠在傳感器保持部和彈性臂所位于的平面 與固定部的平面之間設(shè)置高度差。在所述磁傳感器保持機(jī)構(gòu)中，當(dāng)磁傳感 器元件處于未與磁介質(zhì)接觸的狀態(tài)即磁傳感器保持機(jī)構(gòu)處于自由狀態(tài)時， 能夠使該傳感器保持部和彈性臂為同一平面。進(jìn)而，如果磁傳感器元件與 磁介質(zhì)接觸并被按壓則彈性臂通過將磁傳感器元件按壓在磁介質(zhì)上的力翹 曲，從而產(chǎn)生彈性恢復(fù)力。
或者，在本發(fā)明的磁編碼器中，在磁傳感器元件未與磁介質(zhì)接觸的狀 態(tài)下，磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的兩個固定部和傳感器保持部以及彈性臂能夠處 于同一平面。如果磁傳感器元件被按壓在磁介質(zhì)上則彈性臂通過將磁傳感 器元件按壓在磁介質(zhì)上的力翹曲，從而產(chǎn)生彈性恢復(fù)力。
或者，在本發(fā)明的磁編碼器中，在磁傳感器元件未與磁介質(zhì)接觸的狀 態(tài)下，在磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的傳感器保持部的平面和兩個固定部所位于的 平面之間存在高度差，當(dāng)磁傳感器元件與磁介質(zhì)接觸時該高度差變小。
預(yù)先對從兩個固定部的相互相對的側(cè)邊延伸至傳感器保持部的彈性臂 賦予翹曲從而使彈性臂成為凸面。將傳感器保持部的平面作為位于凸面的 中央的突出部。對于具有這種構(gòu)造的磁傳感器保持機(jī)構(gòu)，在磁傳感器元件 未與磁介質(zhì)接觸的狀態(tài)即磁傳感器保持機(jī)構(gòu)為自由狀態(tài)的狀態(tài)下，在傳感 器保持部的平面和兩個固定部所位于的平面之間產(chǎn)生高度差。進(jìn)而，如果 磁傳感器元件與磁介質(zhì)接觸并被按壓則彈性臂以減小其翹曲的方式變形從 而傳感器保持部的平面和兩個固定部所位于的平面之間存在的高度差變小，從而產(chǎn)生彈性恢復(fù)力。當(dāng)磁傳感器保持機(jī)構(gòu)為自由狀態(tài)時，優(yōu)選傳感
器保持部的平面和兩個固定部所位于的平面之間的高度差為從0.35mm到 5.8mm，當(dāng)磁傳感器元件被按壓在磁介質(zhì)上從而該高度差消失時，產(chǎn)生50 800mN的按壓載荷。如果自由狀態(tài)下的高度差比5.8mm大，則在彈性臂上 會產(chǎn)生其寬度方向的扭轉(zhuǎn)，因此不是優(yōu)選的。當(dāng)磁傳感器元件在磁介質(zhì)上 相對地往復(fù)滑動時，優(yōu)選傳感器保持部的平面和兩個固定部所位于的平面 之間的高度差消失。
在本發(fā)明的磁編碼器中，優(yōu)選各個彈性臂的寬度分別從傳感器保持部 的各頂點(diǎn)附近朝向各固定部的兩端連續(xù)地變化。
不需要使從傳感器保持部到固定部之間的彈性臂的寬度恒定，可以局 部不同，但優(yōu)選寬度連續(xù)地變化。在呈階梯狀的斷續(xù)的形狀中，在變化的 部分產(chǎn)生應(yīng)力集中從而不僅作為彈簧的動作不順暢而且存在產(chǎn)生龜裂的危 險。
對于本發(fā)明的磁編碼器，優(yōu)選將磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的固定部固定在固 定部保持材料的大致U字狀的兩根臂上，并將固定部保持材料固定在安裝 座上。
通過焊接或使用螺釘、樹脂將固定部緊固在固定部保持材料的大致U 字狀的兩根臂上。固定部保持材料的大致U字狀的兩根臂需要具有相對于 由磁介質(zhì)和磁傳感器元件的滑動產(chǎn)生的力能夠完全地作為剛體發(fā)揮作用的
板厚和板寬度。通過將伸出部設(shè)置在大致u字的底部分，并將伸出部和安
裝座螺紋緊固或樹脂粘接，能夠固定磁傳感器。通過改變伸出部的形狀， 能夠固定磁傳感器保持機(jī)構(gòu)而與安裝座的位置無關(guān)。 發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，能夠得到如下的磁編碼器即使通過磁介質(zhì)的位置變動 或者磁傳感器的安裝位置變動等俯仰角和傾滾角變動也能夠?qū)⒃撟儎右种?得最小從而間隙變動小，磁傳感器元件和加壓彈簧的組裝容易，耐滑動性 高，對沖擊等的外力穩(wěn)定。并且，磁傳感器元件能夠以利用磨石從晶片切 斷后的狀態(tài)使用、能夠獲得廉價的磁編碼器。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的磁編碼器的分解立體圖。
圖2示出在本發(fā)明的實(shí)施例1中所使用的磁傳感器，圖2A是其俯視圖， 圖2B和圖2C是其側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明的實(shí)施例2的磁編碼器的分解立體圖。
圖4示出在本發(fā)明的實(shí)施例2中所使用的磁編碼器，圖4A是其俯視圖， 圖4B和圖4C是其側(cè)視圖。
圖5是示出在本發(fā)明的實(shí)施例2的磁編碼器中輸出電壓變動率(％) 和載荷F相對于磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的變形t的關(guān)系的曲線圖。
圖6是示出在本發(fā)明的實(shí)施例2的磁編碼器中標(biāo)準(zhǔn)化輸出相對于磁傳 感器保持機(jī)構(gòu)的變形t的關(guān)系的曲線圖。
圖7是示出在本發(fā)明的磁編碼器中標(biāo)準(zhǔn)化輸出和跳動相對于間隙的關(guān) 系的曲線圖。
圖8A和圖8B是說明本發(fā)明的磁編碼器中的磁傳感器元件的俯仰角的 側(cè)視示意圖。
圖9是示出本發(fā)明的磁編碼器中的磁傳感器元件的俯仰角0p和間隙g 的關(guān)系的曲線圖。
圖IOA和圖10B是說明本發(fā)明的磁編碼器中的磁傳感器元件的傾滾角
圖11是更詳細(xì)地示出圖10B的說明側(cè)視示意圖。
圖12A和圖12B分別是示出在本發(fā)明的磁編碼器中間隙g和到接觸點(diǎn) 的距離Xo'相對于磁傳感器元件的X偏置Xo的關(guān)系的曲線圖。
圖13示出在本發(fā)明的實(shí)施例4的磁編碼器中所使用的磁傳感器，圖 13A是其俯視圖，圖13B、圖13C以及圖13D是側(cè)視圖。
圖14是示出在本發(fā)明的實(shí)施例4的磁編碼器中輸出電壓變動率(％) 和載荷F相對于磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的變形t的關(guān)系的曲線圖。
圖15A、圖15B、圖15C以及圖15D是示出能夠在本發(fā)明的磁編碼器 中使用的磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的其他的實(shí)施方式的立體圖。
圖16A、圖16B以及圖16C是示出能夠在本發(fā)明的磁編碼器中使用的 具有固定部保持機(jī)構(gòu)的磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的其他的實(shí)施方式的立體圖。
圖17A、圖17B以及圖17C是示出能夠在本發(fā)明的磁編碼器中使用的具有固定部保持機(jī)構(gòu)的磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的其他的實(shí)施方式的立體圖。
圖18A是現(xiàn)有例的自動調(diào)焦照相機(jī)用的透鏡鏡筒和安裝在該鏡筒上的
磁傳感器的立體圖，圖18B是該磁傳感器的剖視圖。
圖19A是現(xiàn)有例的降低俯仰角變動的磁傳感器的立體圖，圖19B是其剖視圖。
圖20A、圖20B以及圖20C是示出現(xiàn)有例的降低滑動方向位置偏移的磁傳感器的立體圖。
圖21A是現(xiàn)有例的使一片板簧具有加壓功能和萬向彈簧功能的浮動型磁頭的立體圖，圖21B是其剖視圖。
標(biāo)記說明
100a、 100b、 100c:磁編碼器；U0a、 110b、 110c:磁傳感器；120a、120a，、 120b、 120c、 120d、 120e、 120f、 120g:磁傳感器保持機(jī)構(gòu)；122:傳感器保持部；126a、 126b、 126c、 126d、 126e、 126f:固定部;134、 135、136、 137、 134，、 135，、 136，、 137，、 134e 137e、 134f 137f、 134g 137g:
彈性臂；140:磁傳感器元件；142:磁阻效應(yīng)元件；150:磁介質(zhì)
具體實(shí)施例方式
以下一邊參照附圖一邊根據(jù)實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明。實(shí)施例1
圖1中用分解立體圖示出本發(fā)明的實(shí)施例1的磁編碼器100a。磁編碼器100a的磁傳感器110a具有磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120a;以及具有磁阻效應(yīng)元件142的磁傳感器元件140，其利用樹脂(未圖示)固定在長方形狀的傳感器保持部122的背面上。磁傳感器元件140位于長方形狀的傳感器保持部122的大致中央。磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120a的加壓點(diǎn)124位于傳感器保持部122的大致中央，磁傳感器元件140從正上方被加壓。磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120a通過插入在形成于固定部126a上的孔130中的螺釘132被固定在安裝座160上。磁傳感器元件140以預(yù)定的載荷被按壓在磁介質(zhì)150上。為了將磁傳感器元件的電信號取出至外部，從磁傳感器元件140引出FPC144。
磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120a利用75pm厚的非磁性不銹鋼(SUS304)彈簧板使用化學(xué)蝕刻和折彎裝置一體地制作。磁傳感器元件140通過光刻技術(shù)、
真空制膜技術(shù)以及蝕刻技術(shù)在1.mm厚的玻璃晶片上形成磁阻效應(yīng)元件142和配線。在磁阻效應(yīng)元件142上形成有大約3pm厚的氧化鋁膜。利用金剛石磨石將形成有磁阻效應(yīng)元件的玻璃晶片切斷成寬度w 2.0mm、長度4.1mm，從而得到磁傳感器元件140。由于磁阻效應(yīng)元件和配線上的氧化鋁膜厚度為數(shù)因此忽略該氧化鋁膜的厚度，直接以玻璃晶片厚度作為磁傳感器元件厚度h'。磁阻效應(yīng)元件142上的氧化鋁膜成為磁阻效應(yīng)元件142和磁介質(zhì)150之間的間隙。磁傳感器元件140的配線和FPC144通過無鉛釬焊接合。
利用粘接劑將涂敷了磁性體的帶狀的塑料薄膜粘接固定在具有一定曲率的非磁性面上從而形成磁介質(zhì)150。磁介質(zhì)150的寬度Wb為3mm、磁介質(zhì)表面的曲率半徑為27.5mm。為了說明的方便，如圖1所示，考慮如下的正交坐標(biāo)設(shè)磁傳感器元件140相對于磁介質(zhì)150滑動的方向?yàn)閄軸、設(shè)磁介質(zhì)150的寬度方向?yàn)閅軸、設(shè)與磁介質(zhì)面垂直的方向?yàn)閆軸。
圖2A中示出從磁介質(zhì)側(cè)(背面?zhèn)?觀察該實(shí)施例的磁傳感器110a的俯視圖，圖2B和圖2C中示出其側(cè)視圖。磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120a由保持磁傳感器元件140的傳感器保持部122、四根彈性臂134、 135、 136、 137以及兩個固定部126a構(gòu)成。并且，從兩個固定部126a的相對的側(cè)邊伸出臺階狀的側(cè)壁128a，從側(cè)壁128a的側(cè)邊延伸出彈性臂134 137并與傳感器保持部122連接。利用圖2B的側(cè)視圖示出磁傳感器元件140未與磁介質(zhì)150接觸的狀態(tài)，磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120a的傳感器保持部122和彈性臂134 137形成同一平面。并且，在傳感器保持部122和彈性臂134 137的平面與固定部126a的平面之間設(shè)有高度差h。該高度差h成為將固定部126a固定在安裝座160上的空間。在固定部126a的側(cè)邊將側(cè)壁128a折彎、進(jìn)一步在側(cè)壁128a的側(cè)邊將彈性臂134 137折彎從而形成高度差h。四根彈性臂134 137與傳感器保持部122的各邊的端部接合，以傳感器保持部122的中央作為旋轉(zhuǎn)中心以圍繞傳感器保持部大約半周的方式延伸，并接合在設(shè)于固定部126a的側(cè)邊上的側(cè)壁128a兩端。并且，彈性臂134和136、135和137形成為關(guān)于傳感器保持部的中央點(diǎn)對稱。磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120a的板厚為75pm，彈性臂的巻繞尺寸Ll、L2、L3、L4分別為8.25mm、6.85mm、8.25mm、 6.40mm。并且，彈性臂的寬度為0.75mm，且為了緩和應(yīng)力集中在局部發(fā)生變更。得到的彈簧特性為關(guān)于繞X軸的彈性變形的俯仰彈性為26.8mN.mm/度，關(guān)于繞Y軸的彈性變形的傾滾(口一》)彈性為32.2mN.mm/度，Z軸方向的彈簧彈性為137.2mN/mm。圖2C示出使磁傳感器元件140與磁介質(zhì)150接觸并對其進(jìn)行按壓，使彈性臂134 137彎曲變形t的狀態(tài)。實(shí)施例2
圖3中以分解立體圖示出本發(fā)明的實(shí)施例2的磁編碼器100b。在實(shí)施例2中，磁編碼器100b的磁傳感器110b具有磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120b;以及具有磁阻效應(yīng)元件142的磁傳感器元件140，其利用樹脂固定在呈長方形狀的該傳感器保持部122的背面上。對于該磁傳感器110b，由于在磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的構(gòu)造上與實(shí)施例1的磁傳感器110a不同，因此對磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120b進(jìn)行說明。磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120b的兩個固定部126b、彈性臂134 137、以及傳感器保持部122形成大致同一平面。磁傳感器元件140位于傳感器保持部122的大致中央。磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120b的加壓點(diǎn)124位于傳感器保持部122的大致中央，磁傳感器元件140從正上方被加壓。磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120b通過插入在形成于固定部126b上的孔130中的螺釘132被固定在安裝座160上。螺釘132從磁介質(zhì)150側(cè)安裝。磁傳感器元件140以預(yù)定的載荷被按壓在磁介質(zhì)150上。為了將磁傳感器元件的電信號取出至外部，從磁傳感器元件140引出FPC144。在該磁編碼器中，為了說明的方便，考慮與圖1所示的正交坐標(biāo)相同的圖3所示的正交坐標(biāo)。
圖4A中示出從磁介質(zhì)側(cè)觀察本實(shí)施例的磁傳感器110b的俯視圖，圖4B和圖4C示出其側(cè)視圖。磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120b由保持磁傳感器元件140的傳感器保持部122，四根彈性臂134、 135、 136、 137以及兩個固定部126b構(gòu)成。四根彈性臂134 137從傳感器保持部122的各邊的端部(由于傳感器保持部122呈長方形狀因此是其頂點(diǎn))以傳感器保持部122的中央作為旋轉(zhuǎn)中心以圍繞傳感器保持部大致半周的方式延伸，并與固定部126b的相對的側(cè)邊的兩端接合。在磁傳感器140未與磁介質(zhì)150接觸的狀態(tài)下，如圖4B所示的側(cè)視圖那樣，磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120b的兩個固定部126b、彈性臂134 137以及傳感器保持部122大致形成同一平面。圖4C示出使磁傳感器元件140與磁介質(zhì)150接觸并對其進(jìn)行按壓，使彈性臂134 137彎曲變形t的狀態(tài)。由于在該實(shí)施例中所使用的彈性臂134 137和傳感器保持部122與在實(shí)施例1中所使用的部件全都是相同材質(zhì)且呈相同的構(gòu)造，因此彈簧特性也完全相同。因此，通過使彈性臂134 137如圖4C所示那樣彎曲，與實(shí)施例l相同，能夠產(chǎn)生彈性恢復(fù)力。
關(guān)于實(shí)施例2的磁編碼器100b中的磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120b的變形t，在圖5的曲線圖中示出得到的加壓力(載荷)F和使磁傳感器元件140在磁介質(zhì)150上相對往復(fù)滑動時的磁傳感器元件的輸出電壓變動率(％)。當(dāng)將磁傳感器元件140按壓在磁介質(zhì)150上并使其在Z軸方向移動時，設(shè)在磁傳感器元件140和磁介質(zhì)150接觸的位置的變形t為0，設(shè)進(jìn)一步按壓磁傳感器元件140從而磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120b變形的距離為變形t。變形t能夠從Omm改變至磁傳感器元件的厚度l.lmm。并且，設(shè)使磁傳感器元件140在磁介質(zhì)150上從磁介質(zhì)的長度的一端到另一端往復(fù)時的輸出電壓的最大值和最小值的差相對于輸出電壓的平均值的比為輸出電壓變動率
(%)。在從0mm到0.2mm的范圍的變形t的情況下載荷F為30mN以下，使磁傳感器元件和磁介質(zhì)之間的間隙穩(wěn)定的載荷F不足，輸出電壓變動率
(%)大，因此無法得到磁編碼器所要求的正確的位移檢測。在0.2mm以上的變形t的情況下輸出電壓變動率(％)變低，但是如果考慮余量，優(yōu)選變形t在0.4mm以上(載荷50mN以上)。在l.lmm的變形t的情況下雖然輸出電壓變動率(％)變大，但考慮這是因?yàn)閺椥员鄣囊徊糠珠_始與磁介質(zhì)150接觸的原因。將往復(fù)滑動中彈性臂的變形也會變動的情況估算在內(nèi)，優(yōu)選將變形t設(shè)定在從0.6mm到0.9mm的范圍內(nèi)。如果設(shè)變形t為從0.6mm到0.9mm，則載荷F從80mN到120mN，能夠使載荷F落在需要的50mN 800mN的范圍內(nèi)。并且，輸出電壓變動率也減小至大約3%，能夠得到穩(wěn)定的值。
圖6的曲線圖中示出磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120b的變形t和磁傳感器元件140的輸出電壓的關(guān)系。磁傳感器元件的輸出電壓利用以變形t為0.7mm時的輸出電壓作為1的標(biāo)準(zhǔn)化輸出表示。當(dāng)為在圖5的曲線圖中輸出電壓變動率(％)穩(wěn)定的0.2mm 1.0mm的變形t時，輸出電壓(標(biāo)準(zhǔn)化輸出)大致為恒定的值。認(rèn)為這是因?yàn)榧词棺冃蝨變化俯仰角的變動也小，并不對輸出電壓造成影響的緣故。換言之，由于變形t的容許范圍能夠較大，因此意味著能夠提高組裝作業(yè)效率和降低部件費(fèi)等。實(shí)施例3
此處，在本發(fā)明的磁編碼器中求出磁傳感器元件和磁介質(zhì)之間的距離(間隙)的容許量，探討磁傳感器元件的俯仰角和傾滾角對間隙造成的影響，觀察能否通過有可能出現(xiàn)的俯仰角和傾滾角將間隙維持在其容許范圍
內(nèi)。首先，圖7的曲線圖中示出磁傳感器輸出電壓和跳動(-、;/夕一)關(guān)于間隙的關(guān)系。將襯墊夾持在磁傳感器元件和磁介質(zhì)之間，測定磁傳感器元件的輸出電壓和跳動的間隙(pm)之間的關(guān)系。如果磁傳感器元件在磁介質(zhì)上相對地移動，則磁傳感器元件的俯仰角和傾滾角隨著其動作變動，從而間隙變化。磁傳感器元件的輸出電壓通過以間隙為Onm時的輸出電壓為1的標(biāo)準(zhǔn)化輸出表示。并且，跳動是輸出信號間距和磁介質(zhì)的磁化間距的差相對于磁化間距的比率(％)。如果間隙變大，則磁傳感器元件處的來自磁介質(zhì)的磁場強(qiáng)度降低因此輸出降低。跳動直到一定間隙為止都是恒定的，但是如果變成更大的間隙則急劇惡化。在往復(fù)滑動中，通過微小的間隙變動，輸出電壓也微妙地變動。雖然如果輸出電壓增大至一定程度，輸出電壓變動并不對跳動造成影響，但是如果輸出電壓減小，則輸出電壓變動會對跳動造成較大的影響。如圖7的曲線圖所示，在間隙從0nm到2C^im的期間內(nèi)，輸出逐漸降低，但是跳動恒定在大約2%。從該結(jié)果可以清楚，由磁傳感器元件的俯仰角和傾滾角變動產(chǎn)生的間隙的容許量為20pm。
圖8中示出從X軸方向觀察磁傳感器元件140和磁介質(zhì)150的側(cè)視圖，對磁傳感器元件140的圍繞X軸的傾斜(俯仰角)和間隙的關(guān)系進(jìn)行說明。磁傳感器元件140與磁介質(zhì)150接觸，位于磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的傳感器保持部122的大致中央的加壓點(diǎn)124通過載荷F被加壓。磁傳感器元件140遍及磁介質(zhì)150的整個寬度Wb以能夠與其接觸的方式相對，加壓點(diǎn)124位于寬度為Wb的磁介質(zhì)150的中央即距離磁介質(zhì)150的側(cè)端Wb/2的位置。使磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的俯仰彈性為Kp，設(shè)如圖8A那樣磁傳感器元件140不與磁介質(zhì)接觸時的磁傳感器元件14O的俯仰角為0p。另外，磁阻效應(yīng)元件142設(shè)置在磁傳感器元件140的下表面上。并且，設(shè)如圖8B那樣磁傳感器元件140通過載荷F被按壓在磁介質(zhì)150上時的俯仰角為0p'，則作用在磁傳感器元件上的由載荷F引起的轉(zhuǎn)矩和由磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的俯仰彈 性引起的轉(zhuǎn)矩分別如下所示。
由載荷F引起的轉(zhuǎn)矩FXWb/2
由俯仰彈性引起的轉(zhuǎn)矩KpX ( p— Op')
由于由載荷F引起的轉(zhuǎn)矩和由俯仰彈性引起的轉(zhuǎn)矩在俯仰角為Qp'的狀態(tài)
下平衡，因此
FXWb/2=Kp ( p— p，)。
但是，在由載荷F引起的轉(zhuǎn)矩比由俯仰彈性引起的轉(zhuǎn)矩的最大值KpX p 大的情況下，俯仰角6)p'成為0度。因此俯仰角ep'如下所示。 在KpX Qp《FXWb/2的情況下， p， =0
在KpX 0p>FXWb/2的情況下， G)p， =G)p_FXWb/2/Kp
并且，此時的磁阻效應(yīng)元件142附近的間隙g為 g=Wb/2Xtan ( Op，)。
在圖9中，在曲線圖中示出俯仰角 p和間隙的關(guān)系。來自傳感器保持 部的載荷F為117mN、俯仰彈性為26.8mN'mm/度。并且，使磁介質(zhì)的寬 度Wb為3mm。在圖9的曲線圖中俯仰角 p為7度時的間隙大約為12pm， 在間隙容許量的20pm以下，從圖7可以清楚并不對跳動造成影響。作為 俯仰角變動的主要原因存在以下的原因板簧的固定部的平面和傳感器保 持部的平面之間的平行度變動、磁傳感器元件和傳感器保持部之間的平行 度變動、將磁傳感器保持機(jī)構(gòu)組裝在磁傳感器的安裝座上時的間隙變動、 以及磁傳感器在磁介質(zhì)上往復(fù)滑動時的俯仰角變動。
在實(shí)施例2的磁編碼器100b中，通過測定可以判明，磁傳感器保持機(jī) 構(gòu)120b的固定部126b和傳感器保持部122之間的平行度變動為±0.5度， 磁傳感器元件140和傳感器保持部122之間的平行度變動為土1.0度。并且， 即使估計由磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120b的固定部126b和安裝座160之間的平 行度的誤差引起的俯仰角變動為士1.0度，滑動時的俯仰角變動為土1.0度， 俯仰角0p的有可能出現(xiàn)的變動為土3.5度?？梢杂嬎愠觯筛┭鼋亲儎右?起的間隙的變動最大產(chǎn)生大約為92pm，但是，由于利用彈性臂的彈性變形吸收該間隙變動，因此實(shí)質(zhì)上能夠大致消除間隙變動。
下面對傾滾角和X偏置對間隙造成的影響進(jìn)行討論。圖10中示出磁傳
感器元件140和磁介質(zhì)150的從Y軸方向觀察的側(cè)視圖，對磁傳感器元件 中心(也是磁阻效應(yīng)元件20的中心)在X軸方向上距離磁介質(zhì)和磁傳感器 元件接觸的部位的偏移(稱為"X偏置")、磁傳感器元件繞Y軸的傾斜(傾 滾角)、以及作用在磁傳感器元件上的由載荷F引起的轉(zhuǎn)矩、由摩擦引起的 轉(zhuǎn)矩和由磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的傾滾彈性引起的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行說明。在磁傳感器 元件140和磁介質(zhì)150接觸、磁傳感器元件140的X偏置為Xo的狀態(tài)下， 加壓點(diǎn)124是從磁介質(zhì)中心偏移Xo的點(diǎn)，通過載荷F對磁傳感器元件140 加壓。磁介質(zhì)150順時針旋轉(zhuǎn)，設(shè)此時的磁傳感器元件140和磁介質(zhì)150 之間的動摩擦系數(shù)為,。如圖10A所示，使磁傳感器元件140不與磁介質(zhì) 接觸時的磁傳感器元件140的傾滾角度為0r，圖10B所示的磁傳感器元件 140通過載荷F被按壓在磁介質(zhì)150上，通過磁介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生X偏置Xo 時的傾滾角度以G)r，表示。設(shè)磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的傾滾彈性為Kr，磁介質(zhì) 150的曲率半徑為r，磁傳感器元件140的厚度為h'，傳感器保持部122的 板厚為hb。在由載荷F引起的轉(zhuǎn)矩、由摩擦引起的轉(zhuǎn)矩、由磁傳感器保持 機(jī)構(gòu)的傾滾彈性引起的轉(zhuǎn)矩和傾滾角0r，之間，如下的公式成立。 FX[Xo+rXsin ( r， ) ]=〃XFX (h， +hb) +KrX (G)r—0r，) 由載荷F引起的轉(zhuǎn)矩FX[Xo+rXsin (0r，)] 由摩擦引起的轉(zhuǎn)矩；/XFX (h， +hb) 由板簧的傾滾方向的彈性引起的轉(zhuǎn)矩KrX (0r—0r')
在改寫圖10B的圖11中，示出傾滾角為0r，時的間隙g與磁傳感器 元件140和磁介質(zhì)150接觸的部位距離磁傳感器元件140的寬度w的中心 的距離Xo'的關(guān)系。另外，實(shí)際上，磁傳感器元件的傾滾旋轉(zhuǎn)的中心為加 壓點(diǎn)124。但是，即使看做以磁阻效應(yīng)元件142的中央為中心旋轉(zhuǎn)，對間隙 的計算結(jié)果也幾乎不造成影響，能夠簡化算式，因此設(shè)磁阻效應(yīng)元件142 以其中央為軸傾斜進(jìn)行說明。間隙g能夠通過以下高度的合計求出從磁 阻效應(yīng)元件142的表面到?jīng)]有X偏置的狀態(tài)下的中心線上的元件表面的高 度gl;從中心線上的元件表面到接觸部位的高度g2;以及從接觸部位到X 偏置為Xo時的磁介質(zhì)150的表面的高度g3。計算公式如下所示。gl=XoXtanG)r， g2=rXtanG)r， Xsin r， g3=rXcos0r， 一 (r2—Xo2) 1/2
g=XoXtan r， +rXtan r， Xsin r， +rXcos0r， 一 (r2—Xo2) 1/2 并且，如果設(shè)從磁傳感器元件140的寬度w的中央到磁傳感器元件140和 磁介質(zhì)150接觸的部位的距離為Xo'，則Xo'可以通過下式求出 Xo' =rXtan ( r，) +Xo/cos (0r，)。
關(guān)于傾滾角0r分別為O、 一l、 一2、 一3以及一4度的磁編碼器a、 b、 c、d以及e，圖12A中以曲線圖示出使X偏置Xo從一0.6mm變化至+0.6mm 時的間隙g(pm)，關(guān)于相同的磁編碼器，圖12B中以曲線圖示出X偏置 Xo' (mm)。另外，此處，設(shè)載荷F為117mN，設(shè)傾滾彈性Kr為32.38mN mm/度，設(shè)磁傳感器元件厚度h'為l.lmm，設(shè)寬度w為2mm。由于磁傳 感器元件140呈元件厚度h'為l.lmm、元件寬度w為2mm的平板，因此 是能夠容易地粘接組裝在磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的傳感器保持部122上的尺寸。 動摩擦系數(shù)W為O. 1。
從圖12A可以清楚，在傾滾角0r為一4度的磁編碼器e中，即使是在 X偏置增大至0.5mm的情況下，間隙大約為16.6pm，在間隙的容許量20pm 以下。當(dāng)針對每個主要因素測定傾滾角變動時，由磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的固 定部126b和傳感器保持部122平面之間的平行度變動引起的傾滾角變動為 ±0.5度，由磁傳感器元件140和傳感器保持部122之間的平行度變動引起 的傾滾角變動為士1.0度。即使估計由將磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120b安裝在安 裝座160上時的平行度變動引起的傾滾角變動為± 1.0度、磁傳感器元件140 和磁介質(zhì)150的往復(fù)滑動時的傾滾角變動為士1.0度，有可能產(chǎn)生的傾滾角 G)r的變動為士3.5度，間隙的變動幾乎不存在。另一方面，X偏置主要在 將磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120b組裝在安裝座160上時產(chǎn)生，但如果使用夾具則 能夠達(dá)到土0.5mm的精度。如以上所說明了的那樣，能夠驗(yàn)證對于本發(fā) 明的磁編碼器，即使磁傳感器元件和磁介質(zhì)往復(fù)滑動，俯仰角和傾滾角的 變動、以及由它們引起的間隙的變動也落在容許范圍內(nèi)，作為磁編碼器能 夠充分地得到需要的特性。
如果從磁傳感器元件140的寬度中心到磁傳感器元件140和磁介質(zhì)150的接觸點(diǎn)的距離XO'在磁傳感器元件寬度W的1/2以下，則磁傳感器元件
140的側(cè)邊146不會與磁介質(zhì)150接觸。即，即使磁傳感器元件的側(cè)邊146 不形成為曲面，也能夠得到良好的滑動性。在圖12B中，在傾滾角0r為一 4度的磁編碼器e中，即使X偏置為0.5mm，從磁傳感器元件140的寬度 w中心到磁傳感器元件140和磁介質(zhì)150的接觸點(diǎn)的距離Xo，大約為一 0.96mm，并未超過磁傳感器元件140的寬度w的1/2的l.Omm。由此，在 以利用金剛石磨石將磁傳感器元件從晶片上切斷后的狀態(tài)進(jìn)行使用的狀態(tài) 下，即使存在X偏置和傾滾角的變動，磁傳感器元件的側(cè)邊也不會與磁介 質(zhì)接觸，因此能夠得到良好的滑動。 實(shí)施例4
由于實(shí)施例4的磁編碼器100c與實(shí)施例2的磁編碼器實(shí)質(zhì)上相同，因 此援用圖3的分解立體圖。圖13中示出圖3所示的磁傳感器110c的俯視 圖和側(cè)視圖。圖13A是從磁介質(zhì)側(cè)觀察磁傳感器110c的俯視圖，圖13B 和圖13C是側(cè)視圖。磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120c由以下部件構(gòu)成保持磁傳感 器元件140的傳感器保持部122;四根彈性臂134'、 135'、 136'、 137'; 以及兩個固定部126c。從兩個固定部126c的相對的側(cè)邊的端部延伸出彈性 臂134' 137'并與傳感器保持部122連接。利用圖13B的側(cè)視圖示出磁 傳感器元件140未與磁介質(zhì)150接觸的狀態(tài)，磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120c的傳 感器保持部122的平面和兩個固定部126c的平面之間存在高度差d。艮P， 預(yù)先對彈性臂134' 137'賦予翹曲從而彈性臂134' 137'形成以傳感 器保持部122為頂面的凸面。如果將磁傳感器元件140按壓在磁介質(zhì)150 上則彈性臂134' 137'的翹曲變小，傳感器保持部122的平面和兩個固 定部126c平面之間的高度差d變小。圖13C中以剖視圖示出將磁傳感器元 件140按壓在磁介質(zhì)150上直到傳感器保持部122和彈性臂134' 137' 以及固定部126c變成平面、高度差d變成0后的磁傳感器110c。磁傳感器 保持機(jī)構(gòu)120c的彈性臂134' 137'的彈簧特性為俯仰彈性為 26.8mN mm/度、傾滾彈性為32.2mN mm/度、Z軸方向的彈簧彈性為 137.2mN/mm，對于預(yù)先帶有0.8mm的高度差d的磁傳感器110c，如圖13C 所示那樣將磁傳感器元件140按壓在磁介質(zhì)150上直到彈性臂134' 137' 變得平坦時的載荷為110mN。以在磁傳感器元件140未與磁介質(zhì)150接觸的狀態(tài)下傳感器保持部122 的平面和兩個固定部126c所處的平面之間的高度差為0.8mm的方式預(yù)先對 彈性臂134， 137，賦予翹曲。將磁傳感器元件140按壓在磁介質(zhì)150上 從而減小彈性臂134' 137'的翹曲，如圖13D所示，求出當(dāng)傳感器保持 部122的平面和兩個固定部126c所設(shè)置的平面之間存在的高度差d減小變 形t時的按壓載荷F、以及在該狀態(tài)下使磁傳感器元件140在磁介質(zhì)150上 相對往復(fù)滑動時的磁傳感器元件的輸出電壓變動率(％)，在圖14的曲線 圖中示出載荷F和輸出電壓變動率(％)關(guān)于變形t的關(guān)系。設(shè)磁傳感器元 件140和磁介質(zhì)150接觸的位置處的變形t為0。變形t能夠從Omm變化 至高度差d的0.8mm。輸出電壓變動率(％)定義為當(dāng)使磁傳感器元件140 在磁介質(zhì)150上從磁介質(zhì)的長度的一端到另一端往復(fù)時的輸出電壓的最大 值和最小值的差相對于輸出電壓的平均值的比。在變形t在Omm至0.2mm 的范圍內(nèi)且載荷F在30mN以下的情況下，載荷F不足以使磁傳感器元件 和磁介質(zhì)之間的間隙穩(wěn)定，因此輸出電壓變動率(％)大，無法作為磁編 碼器進(jìn)行正確的位移檢測。當(dāng)變形t在0.2mm以上時輸出電壓變動率(％) 變低，但是，如果考慮余量，優(yōu)選變形t在0.4mm以上(載荷50mN以上)。 圖14中所示的曲線圖與關(guān)于實(shí)施例2的磁編碼器100b示出的圖5的曲線 圖在變形t為0 0.8mm的范圍內(nèi)一致，因此實(shí)施例4的磁編碼器100c與 實(shí)施例2的磁編碼器具有相同的變形t—載荷F特性，可以判明該磁編碼器 100c能夠與實(shí)施例1以及2的磁編碼器100a、 100b同樣地使用。
實(shí)施例5
圖15中以立體圖示出能夠在本發(fā)明的磁編碼器中使用的磁傳感器保持 機(jī)構(gòu)的其他的實(shí)施方式。圖15所示的各實(shí)施方式是對圖1所示的實(shí)施例1 的從磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120a朝向固定部的彈性臂的安裝構(gòu)造進(jìn)行改變后的 實(shí)施方式。在圖15A的磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120d中，使固定部126d的側(cè)壁 128d的一部分129d與傳感器保持部122形成同一面。在圖15B的磁傳感 器保持機(jī)構(gòu)120e中，從圖1的磁傳感器保持機(jī)構(gòu)對彈性臂的形狀進(jìn)行了改 變，彈性臂134e 137e的與磁介質(zhì)的移動方向正交的部分為直線，但是彈 性臂134e 137e的與磁介質(zhì)的移動方向平行的部分在其中間朝外側(cè)鼓出， 鼓出后的頂點(diǎn)位于比固定部126e的端部還靠外側(cè)的位置。圖15C的磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120f使彈性臂134f 137f的寬度隨著從固定部126f朝向傳感 器保持部122變細(xì)。圖15D的磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120g將彈性臂134g 137g 的一部分彎曲從而延長彈性臂。雖然省略了尺寸的詳細(xì)情況，但任一個磁 傳感器保持機(jī)構(gòu)都與實(shí)施例1同樣能夠得到期望的特性。 實(shí)施例6
圖16中用立體圖示出能夠在本發(fā)明的磁編碼器中使用的具有固定部保 持材料的磁傳感器保持機(jī)構(gòu)。此處，使用圖1所示的磁傳感器保持機(jī)構(gòu) 120a。利用固定部保持材料162的大致U字型的兩根臂164支承磁傳感器 保持機(jī)構(gòu)120a的固定部126a。固定部126a和臂164通過激光焊接接合。 圖16A所示的固定部保持材料162的柄166與臂164平行地形成。在柄166 上設(shè)有兩個將磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120a固定在安裝座上的孔130。此處，由 于不對板厚較薄的固定部126a進(jìn)行螺紋緊固，因此在螺紋緊固作業(yè)中消除 了熟練度的要求。并且，磁傳感器的操作變得容易。圖16B和圖16C是改 變圖16A中所使用的柄166的位置之后的圖，圖16B的固定部保持材料 162，呈大致U字型，圖16C的固定部保持材料162'，呈大致F字型。圖 17A至圖17C形成將磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120a'的固定部126a'折回至傳感 器保持部122側(cè)的構(gòu)造。通過將固定部126a'折回至傳感器保持部122偵lJ， 能夠減小磁傳感器保持機(jī)構(gòu)120a，的大小。在圖17A至圖17C中改變固定 部保持材料162的安裝構(gòu)造。
另外，對于實(shí)施例1的磁編碼器100a，磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的變形例在 實(shí)施例5和實(shí)施例6中示出，對于實(shí)施例2以及實(shí)施例4的磁編碼器100b、 100c也能夠進(jìn)行同樣的變形。
權(quán)利要求
1、一種磁編碼器，該磁編碼器包括呈一定曲率的磁介質(zhì)和磁傳感器，磁傳感器具有磁傳感器元件，能夠相對于磁介質(zhì)相對往復(fù)滑動，具有對從磁介質(zhì)產(chǎn)生的磁場進(jìn)行檢測的磁阻效應(yīng)元件；以及，磁傳感器保持機(jī)構(gòu)，使磁傳感器元件與磁介質(zhì)相對并對其進(jìn)行彈性保持；該磁編碼器的特征在于，磁傳感器保持機(jī)構(gòu)具有兩個固定部，分別設(shè)置在磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的兩端，被設(shè)置在一個平面上；長方形狀的傳感器保持部，將磁傳感器元件相對磁介質(zhì)保持，成為與設(shè)有兩個固定部的平面平行的平面；以及，彈性臂，從長方形狀的傳感器保持部的頂點(diǎn)附近繞傳感器保持部的周圍大約1/2周并分別延伸至各固定部的兩端而將它們之間連接在一起；磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的彈性臂朝向磁介質(zhì)對傳感器保持部上的磁傳感器元件賦予以下的力以磁介質(zhì)的往復(fù)滑動的方向?yàn)檩S的樞軸彈性力；以與磁介質(zhì)的往復(fù)滑動的所述方向垂直且與磁介質(zhì)面平行的方向?yàn)檩S的樞軸彈性力；以及，與磁介質(zhì)面垂直的方向的彈性力。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁編碼器，其特征在于， 磁阻效應(yīng)元件位于磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的傳感器保持部的大致中央。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁編碼器，其特征在于， 磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的固定部、傳感器保持部以及彈性臂由形成為一體的一片彈簧板形成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁編碼器，其特征在于， 彈簧板為從50nm厚到200pm厚。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁編碼器，其特征在于， 彈簧板的材質(zhì)為非磁性，是不銹鋼或者磷青銅、鋅白銅、黃銅中的任一種銅合金。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁編碼器，其特征在于， 磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的彈性臂的與磁介質(zhì)面垂直的方向上的彈性力相對于磁介質(zhì)具有50mN至800mN的按壓載荷。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁編碼器，其特征在于， 在磁傳感器元件未與磁介質(zhì)接觸的狀態(tài)下，磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的傳感器保持部和彈性臂處于同一平面，并且，傳感器保持部的平面和兩個固定 部所位于的平面之間存在高度差。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁編碼器，其特征在于， 在磁傳感器元件未與磁介質(zhì)接觸的狀態(tài)下，磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的固定部和傳感器保持部以及彈性臂處于同一平面。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁編碼器，其特征在于， 在磁傳感器元件未與磁介質(zhì)接觸的狀態(tài)下，在磁傳感器保持機(jī)構(gòu)的傳感器保持部的平面和兩個固定部所位于的平面之間存在高度差，當(dāng)磁傳感 器元件與磁介質(zhì)接觸時，該高度差變小。
10、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁編碼器，其特征在于， 各個彈性臂的寬度分別從傳感器保持部的各頂點(diǎn)附近朝向各固定部的兩端連續(xù)地變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁傳感器元件和磁介質(zhì)之間的間隙的變動小、組裝容易、部件數(shù)量少、耐滑動性高、對沖擊等的外力穩(wěn)定的磁編碼器。磁傳感器的保持機(jī)構(gòu)的構(gòu)造形成具有如下的彈性的渦旋狀板簧構(gòu)造相對于以往復(fù)滑動相對移動方向?yàn)樾D(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)的彈性，相對于以與往復(fù)相對移動方向垂直且與磁介質(zhì)平行的方向?yàn)樾D(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)的彈性，以及，相對于與傳感器元件垂直的方向的彈性，能夠在50mN以上800mN以下的范圍內(nèi)對磁介質(zhì)賦予按壓載荷。
文檔編號G01D5/245GK101646923SQ20088001042
公開日2010年2月10日 申請日期2008年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者仁平裕治, 古市真治(已故), 阿部泰典 申請人:日立金屬株式會社