JP2004333417A

JP2004333417A - 磁気式エンコーダ

Info

Publication number: JP2004333417A
Application number: JP2003132826A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nakayama; 賢一中山; Katsusaburo Tsuji; 勝三郎辻
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】磁気式エンコーダのスケールおよびグリッドに生じる静電気を防止し、動作不良の発生を抑制する。
【解決手段】スケール１０に接地用パタン３８を形成し、これと、スケールを固定するスケールベース３２とを導体４２で接続する。グリッド１２に接地用パタン４０を形成し、これと回路基準電位を導体４４で接続する。グリッド１２とスケール１０の間は、導電性の摺動コマ３６により導通されており、同電位に保たれる。また、摺動コマに絶縁性のものを用いる場合、このコマとは別にグリッドにで導電用コマを設け、またスケールの表面の導電用コマに対向する位置に導電用コマ接続パタンを形成して、スケール・グリッド間を同電位とする。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スケールコイルにより形成された測定方向に周期変化する磁束を、スケールコイルと測定方向に相対移動する検出コイルで検出し、その増減に基づき前記相対移動量を算出する磁気式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気式エンコーダは、スケールとこれと相対移動するグリッドの移動量を検出し、グリッドの移動に関連づけられた測定対象物の移動量を算出するものである。スケールには、測定方向にスケールコイルが配列されており、グリッドには、スケールコイルを励磁する励磁コイルと、励磁されたスケールコイルの発生する磁束を検出する検出コイルが配置されている。励磁コイルに高周波電流が流され、磁界が形成され、この磁界によりスケールコイルに誘導電流が誘起される。この誘導電流によって、スケールコイルの配列方向に、所定周期の磁界が発生する。言い換えれば、所定周期の磁界が発生するようにスケールコイルの形状、配列が定められている。検出コイルは、この周期性の磁界を検出し、その周期性、強度から、スケールに対するグリッドの相対移動量を算出する。
【０００３】
スケールコイルに誘起される電流、および検出コイルに誘起される電流は、コイル間の距離、すなわちスケールとグリッドの距離（間隔）の変化の影響を受けて変化する。したがって、スケールとグリッドの距離変化を抑える必要がある。このために、グリッドの、スケールに対向する面には、摺動コマが設けられている。摺動コマは、所定の高さを有し、グリッドに固定され、頂部がスケールに接触し、接触した状態でスケールとグリッドは相対移動を行う。スケールとグリッドの間隔は、この摺動コマの高さで規定され、一定の値に保たれる。磁気式エンコーダの概略構成は、下記特許文献１に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３１５４６公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の摺動コマは、スケールと接触しつつ移動するために、スケールおよびグリッドに静電気が発生し、蓄積された静電気が放電する際に、エンコーダの動作不良、故障が発生する問題があった。
【０００６】
本発明は、スケール、グリッドに蓄積される静電気によるエンコーダの動作不良等を防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の導電性の摺動コマを持つ磁気式エンコーダは、グリッドと回路の基準電位の間を接続する導体を有する。摺動コマが導電性であるので、スケールとグリッドの間での電位差は生じにくいが、グリッドを基準電位に対しても接地することにより、静電気の蓄積をより効果的に防止できる。また、スケールと、スケールが固定されたスケールベースの間を導体で接続しても良い。
【０００８】
また、本発明の他の磁気エンコーダは、スケールとグリッド間の間隔を保持する摺動コマは絶縁性であり、スケールにはスケールコイルの配列に並んで、これに沿って延びる導電性材料からなる導通パタンが設けられ、グリッドには導通パタンに接触する導電性の導電用コマが設けられている。導電用コマにより、グリッドとスケールの間の導通が取られ、帯電が防止される。さらに、グリッドと回路の基準電位、またスケールとスケールベースの間を導通させることもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１〜３は、磁気式エンコーダの概略構成と測定原理の説明図である、図中矢印で示す測定方向に延びるスケール１０と、測定対象物と一体、または所定の関係をもって、測定方向に移動可能なグリッド１２が配置されている。スケール１０とグリッド１２の相対移動量または相対位置を検出することにより、測定対象物の移動量または位置が検出される。スケール１０には、測定方向に所定の規則をもって繰り返す配線パターンが形成される。配線パターンは、測定方向に１列に周期λ_１／２で配置される第１スケールコイル１４と、第１スケールコイル１４の両側にそれぞれ周期λ_２で配列される第２スケールコイル１６と、第１および第２スケールコイル１４，１６を結合する結合配線１８を含む。一方、グリッド１２にも配線パターンが形成され、第１スケールコイル１４に対応する位置に第１検出コイル２０が、第２スケールコイル１６に対応する位置に第２検出コイル２２が配置されている。グリッド１２には、さらに第２スケールコイル１６に対応する位置に第１励磁コイル２４、第１スケールコイル１４に対応する位置に第２励磁コイル２６が配置されている。
【００１０】
第１および第２励磁コイル２４，２６には、送信制御部２８よりそれぞれ所定周波数の電流が流される。この電流によって、スケールコイル１４，１６内に誘導電流が発生し、さらにこの誘導電流による磁界を検出コイル２０，２２で受信する。受信制御部３０では、検出コイル２０，２２で受信された強度に基づいてグリッド１２の移動量、位置の算出を行う。
【００１１】
図２および図３には、本実施形態の磁気式エンコーダの測定原理が示されている。図２は、第１励磁コイル２４および第１検出コイル２０にかかる測定について説明するための図である。図示するように、２個の第１励磁コイル２４に逆位相の電流を流す。これにより２個の第１励磁コイル２４にそれぞれ対応して配置される第２スケールコイル１６にも逆向きの電流が流れる。これらの電流は、結合配線１８で結合されている第１スケールコイル１４にも流れ、第１スケールコイル１４の配列位置にて測定方向に交互に配列された逆向きの磁界を形成する。この磁界によって、第１検出コイル２０の４個の菱形の部分には、交互に、図において逆回りの電流が誘起される。第１検出コイル２０の４個の菱形部分は、第１スケールコイル１４の配列ピッチと等しいピッチで配列され、また、図中配線が交差して見える部分は、紙面に直交する方向に離れており、絶縁が確保されている。この菱形部分の構成により、前記のように第１検出コイル２０に誘起された電流は合算される。この電流の強度は、第１スケールコイル１４と第１検出コイル２０の測定方向の相対位置によって変化する。すなわち、第１検出コイル２０の菱形の中心が、第１スケールコイル１４の中心に一致する場合、最大値または最小値をとり、その間は、これらのコイルの位相に応じた値となる。この電流値は、ほぼ周期λ_１の正弦波となる。
【００１２】
図３は、第２励磁コイル２６および第２検出コイル２２にかかる測定について説明するための図である。図示するように、第２励磁コイル２６に電流を流す。これにより各第１スケールコイル１４に同一の向きの電流が流れる。この電流は、結合配線１８で結合されている第２スケールコイル１６にも流れ、全て同一の向きの磁界を形成する。測定方向に隣り合う第２スケールコイル１６の間の部分には、第２スケールコイル１６内に形成された磁界と逆向きの磁界が形成される。これらの磁界によって、第２検出コイル２２の４個の菱形の部分には、交互に、図において逆回りの電流が誘起される。第２検出コイル２２の４個の菱形部分は、第２スケールコイル１４の配列ピッチと等しいピッチで配列され、また、図中配線が交差して見える部分は、紙面直交方向に離れており、絶縁が確保されている。この菱形部分の構成により、前記のように第２検出コイル２２に誘起された電流は合算される。この電流の強度は、第２スケールコイル１６と第２検出コイル２２の測定方向の相対位置によって変化する。すなわち、第２検出コイル２２の菱形の中心が、第２スケールコイル１６の中心に一致する場合、最大値または最小値をとり、その間は、これらのコイルの位相に応じた値となる。この電流値は、ほぼ周期λ_２の正弦波となる。
【００１３】
第１検出コイル２０と第２検出コイル２２により検出される信号は、異なる周期λ_１，λ_２を有し、周期の最小公倍数の長さの間で、いわゆる絶対位置を測定することができる。
【００１４】
図４は、スケール１０とグリッド１２の実際の配置の例を示す図である。スケール１０は、スケールベース３２に固定されている。このスケールベース３２は、回路の基準電位に接続されている。スケール１０に示した一点鎖線で囲われた領域３４に、第１および第２スケールコイル１４，１６などの配線パタンが形成されている。図中、左右の方向が測定方向であり、前述のようにスケールコイルはこの方向に所定の周期のパタンにより配列されている。このスケールコイル配列領域３４にグリッド１２が対向して、図においては手前側に配置されている。グリッド１２の、スケール１０に対向する面のほぼ四隅には、摺動コマ３６が固定されている。摺動コマ３６は、スケール１０にその頂部が当接している。したがって、スケール１０とグリッド１２の間隔は、この摺動コマ３６の高さで規定される。また、摺動コマ３６は、導電性材料で構成され、スケール１０とグリッド１２の間に電位の差を生じさせないようにしている。
【００１５】
さらに、スケール１０に接地用パタン３８を形成し、これとスケールベース３２を導体４２、例えば導線で接続し、スケール１０で生じた静電気をスケールベース３２に逃がすようにする。また、グリッド１２に接地用パタン４０を形成し、これを回路の基準電位に導体４４を用いて接続する。これにより、グリッド１２に生じた静電気を基準電位へと逃がす。
【００１６】
図５は、スケール１０とグリッド１２の実際の配置の他の例を示す図である。スケール１０は、スケールベース３２に固定されている。この例の場合においてもスケールベース３２は、回路の基準電位に接続されている。スケール１０に示した一点鎖線で囲われた領域３４に、第１および第２スケールコイル１４，１６などの配線パタンが形成されている。図中、左右の方向が測定方向である、前述のようにスケールコイルはこの方向に所定周期のパタンにより配列されている。このスケールコイル配列領域３４にグリッド１２が対向して、配置されている。グリッド１２の、スケール１０に対向する面には、４個の摺動コマ５０が配置、固定されている。摺動コマ５０は、スケールコイルが配列された領域３４の幅（図中上下方向の寸法）と同程度の間隔を空けて、グリッド１２の図中左右の辺付近に、２個ずつ配置されている。摺動コマ５０の頂部は、スケール１０と接触しており、これによりスケール１０とグリッド１２の間隔が一定に保たれている。また、摺動コマ５０は、絶縁性材料で構成されている。このため、摺動コマ５０によってスケール・グリッド間を同電位とすることができない。
【００１７】
スケール１０とグリッド１２を接続するために、スケール１０には、スケールコイルの配列された領域３４の隣に、これに沿って導電用コマ接続パタン５２が形成されている。このパタン５２に対向するグリッド１２上の位置に導電用コマ５４が設けられている。この導電用コマ５４と導電用コマ接続パタン５２によりスケール１０とグリッド１２が同電位となる。
【００１８】
さらに、導電用コマ接続パタン５２とスケールベース３２を導体５６、例えば導線で接続し、スケール１０で発生した静電気をスケールベース３２に逃がすようにする。また、グリッド１２に接地用パタン５８を設け、これと回路の基準電位を導体６０で接続する。導体６０を介してグリッド１２に生じた静電気を基準電位に逃がすようにする。
【００１９】
以上のように、摺動コマを用いた磁気式エンコーダにおいて、スケールおよびグリッドに発生する静電気をスケールベースに逃がすことにより、動作不良等を防止できる。なお、スケールコイルなどの配列の周期が２種類の場合について説明したが、単一周期のスケールを形成する場合、またさらに多くの種類の周期のスケールを形成する場合でも、全く同様に、静電気の防止に関する構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気式エンコーダの測定原理の説明図であり、特に各コイルの配置を示す図である。
【図２】磁気式エンコーダの測定原理の説明図であり、特に信号検出に関する説明図である。
【図３】磁気式エンコーダの測定原理の説明図であり、特に信号検出に関する説明図である。
【図４】磁気式エンコーダのスケールとグリッドの配置の一例を示す図である。
【図５】磁気式エンコーダのスケールとグリッドの配置の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０スケール、１２グリッド、１４第１スケールコイル、１６第２スケールコイル、２０第１検出コイル、２２第２検出コイル、３２スケールべース、３４スケールコイルの配列された領域、３６導電性の摺動コマ、３８，４０接地用パタン、４２，４４導体、５０絶縁性の摺動コマ、５２導電用コマ接続パタン、５４導電用コマ、５６，６０導体、５８接地用パタン。

Claims

スケールベースに固定されたスケールと、前記スケールに対して相対移動するグリッドとを備え、グリッドの移動量を検出して、測定対象の移動量を算出する磁気式エンコーダであって、
前記スケールは、測定方向に所定のパタンで配列されたスケールコイルを有し、前記グリッドは、前記スケールコイルを励磁する励磁コイルと、励磁されたスケールコイルの磁束を検出する検出コイルを有し、
さらに、前記グリッドは、その前記スケールに対向する面に、前記スケールに接触し、グリッドとスケールの前記コイル同士の間隔を保持する導電性の摺動コマを有し、
前記グリッドと回路の基準電位の間を接続する導体を有する、
磁気式エンコーダ。
スケールベースに固定されたスケールと、前記スケールに対して相対移動するグリッドとを備え、グリッドの移動量を検出して、測定対象の移動量を算出する磁気式エンコーダであって、
前記スケールは、測定方向に所定のパタンで配列されたスケールコイルを有し、前記グリッドは、前記スケールコイルを励磁する励磁コイルと、励磁されたスケールコイルの磁束を検出する検出コイルを有し、
さらに、
前記スケールは、その前記グリッドに対向する面に前記スケールコイルの側方に、これに沿って延びる導電性材料からなる導通パタンを有し、
前記グリッドは、その前記スケールに対向する面に、前記スケールに接触し、グリッドとスケールの前記コイル同士の間隔を保持する絶縁性の摺動コマと、前記導通パタンと接触する導電性の導電用コマを有する、
磁気式エンコーダ。
請求項２に記載の磁気式エンコーダにおいて、前記グリッドと回路の基準電位の間を接続する導体を有する、磁気式エンコーダ。
請求項１または３に記載の磁気式エンコーダであって、前記スケールと前記スケールベースの間を接続する導体を有する、磁気式エンコーダ。