JP2002031545A - 相対変位検出ユニット - Google Patents
相対変位検出ユニットInfo
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
- G01D5/204—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 誘導型エンコーダ（磁気式エンコーダ）等に
おいて、ユニットの小型化を図る。 【解決手段】 スケール１２に対向配置される検出ユニ
ット１０は、送信コイル１０ａ及び検出コイル１０ｂを
含む。シリコン基板と送信コイル１０ａとの間には、対
向する２枚の金属膜からなる金属膜１０ｇが設けられ、
２枚の金属膜の一方は駆動回路１０ｃに接続され、他方
は送信コイル１０ａに接続される。金属膜１０ｇがＬＣ
共振回路のＣを提供し、チップコンデンサを不要とす
る。金属膜１０ｇは磁性体で構成することもできる。
おいて、ユニットの小型化を図る。 【解決手段】 スケール１２に対向配置される検出ユニ
ット１０は、送信コイル１０ａ及び検出コイル１０ｂを
含む。シリコン基板と送信コイル１０ａとの間には、対
向する２枚の金属膜からなる金属膜１０ｇが設けられ、
２枚の金属膜の一方は駆動回路１０ｃに接続され、他方
は送信コイル１０ａに接続される。金属膜１０ｇがＬＣ
共振回路のＣを提供し、チップコンデンサを不要とす
る。金属膜１０ｇは磁性体で構成することもできる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は相対変位検出ユニッ
ト、特にその小型化に関する。
ト、特にその小型化に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、相対変位を検出するためのト
ランスデューサあるいはエンコーダが知られている。容
量型エンコーダにおいては、送信電極と受信電極がグリ
ッド（ユニット）に設けられ、このユニットに対向する
スケール上に信号電極が設けられる。ユニット上の送信
電極及び受信電極はスケール上の信号電極と容量結合す
る。送信電極に駆動信号を供給し、ユニットとスケール
との相対位置に応じて受信電極に生ずる検出信号を処理
回路で処理しスケールに対するユニットの移動又は位置
を検出する。
ランスデューサあるいはエンコーダが知られている。容
量型エンコーダにおいては、送信電極と受信電極がグリ
ッド（ユニット）に設けられ、このユニットに対向する
スケール上に信号電極が設けられる。ユニット上の送信
電極及び受信電極はスケール上の信号電極と容量結合す
る。送信電極に駆動信号を供給し、ユニットとスケール
との相対位置に応じて受信電極に生ずる検出信号を処理
回路で処理しスケールに対するユニットの移動又は位置
を検出する。
【０００３】一方、誘導型エンコーダにおいては、ユニ
ットとスケール間の電磁相互作用（電磁誘導）に基づき
相対位置を検出する。すなわち、ユニットには送信コイ
ル及び検出コイルが配置され、スケールにはスケールコ
イルが形成される。ユニット上の送信コイルを駆動する
ことにより、磁束が発生し、スケール上のスケールコイ
ルには電磁誘導により誘導電流が生じる。スケールコイ
ルに生じた誘導電流により磁束が発生しこの磁束により
ユニット上の検出コイルに誘導電流（誘起電圧）が生じ
る。誘起電圧は、送信コイルとスケールコイルとの相対
位置に応じて変化するため、検出コイルに生じた誘起電
圧を検出することでユニットとスケールとの相対位置を
検出することができる。
ットとスケール間の電磁相互作用（電磁誘導）に基づき
相対位置を検出する。すなわち、ユニットには送信コイ
ル及び検出コイルが配置され、スケールにはスケールコ
イルが形成される。ユニット上の送信コイルを駆動する
ことにより、磁束が発生し、スケール上のスケールコイ
ルには電磁誘導により誘導電流が生じる。スケールコイ
ルに生じた誘導電流により磁束が発生しこの磁束により
ユニット上の検出コイルに誘導電流（誘起電圧）が生じ
る。誘起電圧は、送信コイルとスケールコイルとの相対
位置に応じて変化するため、検出コイルに生じた誘起電
圧を検出することでユニットとスケールとの相対位置を
検出することができる。
【０００４】送信コイルの駆動は、ＬＣ共振回路を用い
て行われ、容量Ｃは通常チップコンデンサを用いて実現
している。すなわち、チップコンデンサを利用して送信
コイルに瞬間的に高周波大電流を流すことで消費電流の
低減を図っている。
て行われ、容量Ｃは通常チップコンデンサを用いて実現
している。すなわち、チップコンデンサを利用して送信
コイルに瞬間的に高周波大電流を流すことで消費電流の
低減を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＬＣ共
振回路を利用するためにチップコンデンサを設ける構成
では、このチップコンデンサによりユニットを小型化す
ることが困難となる問題があった。
振回路を利用するためにチップコンデンサを設ける構成
では、このチップコンデンサによりユニットを小型化す
ることが困難となる問題があった。
【０００６】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、チップコンデンサ
を用いることなくＬＣ回路を実現し、もって一層の小型
化を図ることができるユニットを提供することにある。
みなされたものであり、その目的は、チップコンデンサ
を用いることなくＬＣ回路を実現し、もって一層の小型
化を図ることができるユニットを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、スケールに対向配置され、スケールとの
相対変位を検出し電気信号として出力する相対変位検出
ユニットであって、基板と、前記基板上に形成された送
信手段と、前記基板と前記送信手段との間に形成され、
前記送信手段を駆動する回路と前記送信手段との間に接
続されたコンデンサを構成する金属膜とを有することを
特徴とする。基板と送信手段との間に金属膜を形成し、
この金属膜で送信手段に駆動電流を供給するためのＬＣ
共振回路の容量Ｃを形成する、言い換えれば多層構造の
浮遊容量でチップコンデンサを代替することで、ユニッ
トの小型化を図ることができる。また、チップコンデン
サを設けるスペースが不要となることから、その分だけ
スケールとのギャップも小さくでき、検出感度を向上さ
せることもできる。
に、本発明は、スケールに対向配置され、スケールとの
相対変位を検出し電気信号として出力する相対変位検出
ユニットであって、基板と、前記基板上に形成された送
信手段と、前記基板と前記送信手段との間に形成され、
前記送信手段を駆動する回路と前記送信手段との間に接
続されたコンデンサを構成する金属膜とを有することを
特徴とする。基板と送信手段との間に金属膜を形成し、
この金属膜で送信手段に駆動電流を供給するためのＬＣ
共振回路の容量Ｃを形成する、言い換えれば多層構造の
浮遊容量でチップコンデンサを代替することで、ユニッ
トの小型化を図ることができる。また、チップコンデン
サを設けるスペースが不要となることから、その分だけ
スケールとのギャップも小さくでき、検出感度を向上さ
せることもできる。
【０００８】本発明の１つの実施形態では、コンデンサ
を構成する金属膜は磁性膜とされる。基板と送信手段と
の間に磁性膜を配置することで、送信手段から生じる磁
束を増大させ、検出感度を増大させることができる。
を構成する金属膜は磁性膜とされる。基板と送信手段と
の間に磁性膜を配置することで、送信手段から生じる磁
束を増大させ、検出感度を増大させることができる。
【０００９】また、本発明の１つの実施形態では、金属
膜は、所定距離離間して対向配置した２つの金属膜から
構成される。２つの金属膜を対向配置することで、その
間隔、面積及び金属膜間の誘電率で決定されるコンデン
サが形成されることになる。ＬＣ共振回路に必要な容量
Ｃは、これらの物理量を適宜調整することで得られる。
なお、基板上に絶縁体を積層してなるビルドアップ基板
を用いる場合、この絶縁体をコンデンサの金属膜間の絶
縁体としても用いることができる。
膜は、所定距離離間して対向配置した２つの金属膜から
構成される。２つの金属膜を対向配置することで、その
間隔、面積及び金属膜間の誘電率で決定されるコンデン
サが形成されることになる。ＬＣ共振回路に必要な容量
Ｃは、これらの物理量を適宜調整することで得られる。
なお、基板上に絶縁体を積層してなるビルドアップ基板
を用いる場合、この絶縁体をコンデンサの金属膜間の絶
縁体としても用いることができる。
【００１０】本発明の他の実施形態では、金属膜は、前
記送信手段から所定距離離間して形成され、前記送信手
段との間で前記コンデンサを構成する。これにより、構
成の一層の簡素化を図ることができる。
記送信手段から所定距離離間して形成され、前記送信手
段との間で前記コンデンサを構成する。これにより、構
成の一層の簡素化を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について、誘導型エンコーダ（あるいは磁気式エン
コーダ）を例にとり説明する。
形態について、誘導型エンコーダ（あるいは磁気式エン
コーダ）を例にとり説明する。
【００１２】図１には、本実施形態に係る誘導型エンコ
ーダの構成が示されている。誘導型エンコーダは、検出
ユニット１０と、この検出ユニット１０に対向するスケ
ール１２から構成される。検出ユニット１０は、シリコ
ン基板上に形成された送信コイル１０ａ及び検出コイル
１０ｂを含み、送信コイル１０ａは駆動回路１０ｃとワ
イヤ１０ｄで接続され、検出コイル１０ｂは検出信号を
処理して相対変位を検出する処理回路１０ｅにワイヤ１
０ｆで接続される。検出コイル１０ｂは、図示のように
例えばスパイラルコイルを複数配列して（スパイラルコ
イルアレイ）構成され、スケール１２に生じた誘導電流
による磁束を検出する。
ーダの構成が示されている。誘導型エンコーダは、検出
ユニット１０と、この検出ユニット１０に対向するスケ
ール１２から構成される。検出ユニット１０は、シリコ
ン基板上に形成された送信コイル１０ａ及び検出コイル
１０ｂを含み、送信コイル１０ａは駆動回路１０ｃとワ
イヤ１０ｄで接続され、検出コイル１０ｂは検出信号を
処理して相対変位を検出する処理回路１０ｅにワイヤ１
０ｆで接続される。検出コイル１０ｂは、図示のように
例えばスパイラルコイルを複数配列して（スパイラルコ
イルアレイ）構成され、スケール１２に生じた誘導電流
による磁束を検出する。
【００１３】送信コイル１０ａと検出コイル１０ｂは同
一層上に形成され、具体的にはシリコン基板上にポリイ
ミドなどの樹脂を絶縁体としてビルドアップし、このビ
ルドアップ基板上に形成することができる。送信コイル
１０ａ及び検出コイル１０ｂが形成された層とシリコン
基板との間には、送信コイル１０ａとワイヤ１０ｄとの
コンタクトをとるための配線層及び検出コイル１０ｂと
ワイヤ１０ｆとのコンタクトをとるための配線層が形成
され、さらに金属膜１０ｇが形成される。この金属膜１
０ｇは２枚の金属膜を対向配置して構成され、ワイヤ１
０ｄの接点１０ｈと送信コイル１０ａとの間に電気的に
配置される。
一層上に形成され、具体的にはシリコン基板上にポリイ
ミドなどの樹脂を絶縁体としてビルドアップし、このビ
ルドアップ基板上に形成することができる。送信コイル
１０ａ及び検出コイル１０ｂが形成された層とシリコン
基板との間には、送信コイル１０ａとワイヤ１０ｄとの
コンタクトをとるための配線層及び検出コイル１０ｂと
ワイヤ１０ｆとのコンタクトをとるための配線層が形成
され、さらに金属膜１０ｇが形成される。この金属膜１
０ｇは２枚の金属膜を対向配置して構成され、ワイヤ１
０ｄの接点１０ｈと送信コイル１０ａとの間に電気的に
配置される。
【００１４】図２には、金属膜１０ｇと送信コイル１０
ａ、検出コイル１０ｂとの関係が模式的に示されてい
る。２枚の金属膜を対向配置してなる金属膜１０ｇは、
シリコン基板と送信コイル１０ａとの間に設けられ、か
つ、電気的には駆動回路１０ｇと送信コイル１０ａを接
続する配線上に設けられる。すなわち、対向配置した２
枚の金属膜の一方はワイヤ１０ｄを介して駆動回路１０
ｃに接続され、他方の金属膜は送信コイル１０ａに接続
される。２枚の金属膜の間には、既述したビルドアップ
用の樹脂が介在する。したがって、金属膜１０ｇは、２
枚の金属膜の間隔、面積及び樹脂の比誘電率で定まる容
量Ｃを有するコンデンサとして機能することになる。な
お、検出コイル１０ｂは金属膜１０ｇを介することな
く、ワイヤ１０ｆを介して処理回路１０ｅに接続され
る。
ａ、検出コイル１０ｂとの関係が模式的に示されてい
る。２枚の金属膜を対向配置してなる金属膜１０ｇは、
シリコン基板と送信コイル１０ａとの間に設けられ、か
つ、電気的には駆動回路１０ｇと送信コイル１０ａを接
続する配線上に設けられる。すなわち、対向配置した２
枚の金属膜の一方はワイヤ１０ｄを介して駆動回路１０
ｃに接続され、他方の金属膜は送信コイル１０ａに接続
される。２枚の金属膜の間には、既述したビルドアップ
用の樹脂が介在する。したがって、金属膜１０ｇは、２
枚の金属膜の間隔、面積及び樹脂の比誘電率で定まる容
量Ｃを有するコンデンサとして機能することになる。な
お、検出コイル１０ｂは金属膜１０ｇを介することな
く、ワイヤ１０ｆを介して処理回路１０ｅに接続され
る。
【００１５】図３には、金属膜１０ｇを構成する２枚の
金属膜の対向面積を１０ｍｍ×１０ｍｍとした場合の、
２枚の金属膜の間隔と容量との関係が示されている。な
お、計算の都合上、２枚の金属膜の間は真空と仮定して
いる。ＬＣ共振回路を実現するために必要な容量Ｃは、
０．１ｎＦ程度であるが、図から分かるように、１０ｍ
ｍ×１０ｍｍの面積であっても０．０１ｍｍ程度の間隔
とすれば必要な容量を確保することができる。もちろ
ん、図１のように２枚の金属膜の間に絶縁体の樹脂を介
在させた場合には、より大きな間隔でも必要な容量を確
保することが可能となる。
金属膜の対向面積を１０ｍｍ×１０ｍｍとした場合の、
２枚の金属膜の間隔と容量との関係が示されている。な
お、計算の都合上、２枚の金属膜の間は真空と仮定して
いる。ＬＣ共振回路を実現するために必要な容量Ｃは、
０．１ｎＦ程度であるが、図から分かるように、１０ｍ
ｍ×１０ｍｍの面積であっても０．０１ｍｍ程度の間隔
とすれば必要な容量を確保することができる。もちろ
ん、図１のように２枚の金属膜の間に絶縁体の樹脂を介
在させた場合には、より大きな間隔でも必要な容量を確
保することが可能となる。
【００１６】このように、本実施形態では、多層構造を
利用して送信コイルと駆動回路との間にコンデンサを形
成しているため、別途チップコンデンサを接続する必要
がなくなり、検出ユニットを小型化することができる。
利用して送信コイルと駆動回路との間にコンデンサを形
成しているため、別途チップコンデンサを接続する必要
がなくなり、検出ユニットを小型化することができる。
【００１７】なお、本実施形態では、２枚の金属膜を対
向配置することでコンデンサを形成しているが、金属膜
をパーマロイなどの磁性体で構成することもでき、この
場合には送信コイルから生じる磁束密度を増大させ、よ
り効率的にスケール１２上のスケールコイルに誘導電流
を生じさせることができる。
向配置することでコンデンサを形成しているが、金属膜
をパーマロイなどの磁性体で構成することもでき、この
場合には送信コイルから生じる磁束密度を増大させ、よ
り効率的にスケール１２上のスケールコイルに誘導電流
を生じさせることができる。
【００１８】また、本実施形態では、２枚の金属膜を対
向配置することでコンデンサを形成しているが、これを
１枚の金属膜とし、送信コイル１０ａの近傍に配置して
送信コイル１０ａとの間でコンデンサを形成することも
可能である。
向配置することでコンデンサを形成しているが、これを
１枚の金属膜とし、送信コイル１０ａの近傍に配置して
送信コイル１０ａとの間でコンデンサを形成することも
可能である。
【００１９】図４には、金属膜１０ｇを１枚の金属膜で
構成した場合の例が示されている。金属膜１０ｇは送信
コイル１０ａの近傍、例えば送信コイル１０ａの直下
０．０１ｍｍ程度に配置され、ワイヤ１０ｄを介して駆
動回路１０ｃに接続される。送信コイル１０ａと金属膜
１０ｇとの間で浮遊容量が形成され、これをＬＣ共振回
路の容量Ｃに利用できる。本実施形態においても、金属
膜１０ｇをパーマロイなどの磁性体で構成することで、
コンデンサとして機能するだけでなく、送信コイル１０
ａの磁束を増大させることも可能となる。
構成した場合の例が示されている。金属膜１０ｇは送信
コイル１０ａの近傍、例えば送信コイル１０ａの直下
０．０１ｍｍ程度に配置され、ワイヤ１０ｄを介して駆
動回路１０ｃに接続される。送信コイル１０ａと金属膜
１０ｇとの間で浮遊容量が形成され、これをＬＣ共振回
路の容量Ｃに利用できる。本実施形態においても、金属
膜１０ｇをパーマロイなどの磁性体で構成することで、
コンデンサとして機能するだけでなく、送信コイル１０
ａの磁束を増大させることも可能となる。
【００２０】さらに、図５に示されるように、検出コイ
ル１０ｂの近傍にも金属膜１０ｇを設け、金属膜１０ｇ
をワイヤ１０ｆを介して処理回路１０ｅに接続し、検出
コイル側に浮遊容量を形成することもできる。この浮遊
容量と検出コイルのインダクタンスＬを結合させ、検出
コイル１０ｂと金属膜１０ｇとの対向面積を調整して送
信コイル側の共振周波数と検出コイル側の共振周波数を
一致させて信号検出感度を増大させることもできる。本
実施形態においても、金属膜１０ｇを磁性体で構成する
ことが好適である。
ル１０ｂの近傍にも金属膜１０ｇを設け、金属膜１０ｇ
をワイヤ１０ｆを介して処理回路１０ｅに接続し、検出
コイル側に浮遊容量を形成することもできる。この浮遊
容量と検出コイルのインダクタンスＬを結合させ、検出
コイル１０ｂと金属膜１０ｇとの対向面積を調整して送
信コイル側の共振周波数と検出コイル側の共振周波数を
一致させて信号検出感度を増大させることもできる。本
実施形態においても、金属膜１０ｇを磁性体で構成する
ことが好適である。
【００２１】以上、本発明の実施形態について送信コイ
ルと検出コイルを有する誘導型エンコーダを例にとり説
明したが、本発明はＬＣ共振回路を必要とする他のエン
コーダあるいはトランスデューサにも適用することがで
きる。
ルと検出コイルを有する誘導型エンコーダを例にとり説
明したが、本発明はＬＣ共振回路を必要とする他のエン
コーダあるいはトランスデューサにも適用することがで
きる。
【発明の効果】本発明によれば、チップコンデンサを不
要としてユニットを小型化することができる。また、チ
ップコンデンサの厚みが不要となり、スケールのギャッ
プを小さくして検出感度を向上させることも可能とな
る。さらに、チップコンデンサが不要となるので、部品
点数が減少しコストも低下する。
要としてユニットを小型化することができる。また、チ
ップコンデンサの厚みが不要となり、スケールのギャッ
プを小さくして検出感度を向上させることも可能とな
る。さらに、チップコンデンサが不要となるので、部品
点数が減少しコストも低下する。
【図１】 本発明の実施形態の構成図である。
【図２】 図１の金属膜と送信コイルとの接続関係を示
す説明図である。
す説明図である。
【図３】 金属膜の間隔と容量との関係を示すグラフ図
である。
である。
【図４】 他の実施形態の金属膜と送信コイルとの接続
関係を示す説明図である。
関係を示す説明図である。
【図５】 さらに他の実施形態の金属膜と送信コイル並
びに検出コイルとの接続関係を示す説明図である。
びに検出コイルとの接続関係を示す説明図である。
１０ 検出ユニット（グリッドユニット）、 １０ａ
送信コイル、１０ｂ検出コイル、１０ｇ 金属膜、１２
スケール。
送信コイル、１０ｂ検出コイル、１０ｇ 金属膜、１２
スケール。
Claims (4)
- 【請求項１】 スケールに対向配置され、スケールとの
相対変位を検出し電気信号として出力する相対変位検出
ユニットであって、 基板と、 前記基板上に形成された送信手段と、 前記基板と前記送信手段との間に形成され、前記送信手
段を駆動する回路と前記送信手段との間に接続されたコ
ンデンサを構成する金属膜と、 を有することを特徴とする相対変位検出ユニット。 - 【請求項２】 請求項１記載のユニットにおいて、 前記金属膜は、磁性膜であることを特徴とする相対変位
検出ユニット。 - 【請求項３】 請求項１記載のユニットにおいて、 前記金属膜は、所定距離離間して対向配置した２つの金
属膜から構成されることを特徴とする相対変位検出ユニ
ット。 - 【請求項４】 請求項１記載のユニットにおいて、 前記金属膜は、前記送信手段から所定距離離間して形成
され、前記送信手段との間で前記コンデンサを構成する
ことを特徴とする相対変位検出ユニット。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000213210A JP2002031545A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 相対変位検出ユニット |
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