JP2005201855A - 誘導型変位検出装置及びマイクロメータ - Google Patents

Abstract

【課題】高精度測定が可能な誘導型変位検出装置を提供する。
【解決手段】誘導型変位検出装置はロータリ型であり、そのロータ３に磁束結合巻線３３が配列されている。ステータには複数の受信ループ２５を含む受信巻線１３が配置されている。二個分の受信ループ２５で規定される中心角をθとすると、一個分の磁束結合巻線３３で規定される中心角θ１が（５／１２）θである。
【選択図】図９

Description

本発明は、ノギスやマイクロメータに代表される小型の測定工具、ロータリエンコーダ、リニアエンコーダおよびセンサ機器等に応用される、電磁結合（磁束結合）を利用して変位検出を行う誘導型変位検出装置に関する。

従来から直線変位や角度変位などの精密な測定に誘導型変位検出装置が利用されている。この検出装置にはリニア型とロータリ型がある。リニア型の誘導型変位検出装置は、磁束結合巻線が所定ピッチで配列されたスケールと、このスケールに対して相対移動可能に対向配置されると共に磁束結合巻線と磁束結合可能な送信巻線及び受信巻線が配置されたセンサヘッドと、により構成される（例えば特許文献１）。

一方、ロータリ型の誘導型変位検出装置は、送信巻線及び受信巻線がステータに配置され、磁束結合巻線に対応する導電プレートがロータに配置されている（例えば特許文献２）。
特開平１０-３１８７８１号公報（図１） 特開平８-３１３２９５号公報（図１６）

受信巻線から得られる受信信号は、理想的なｓｉｎ波、つまり歪のないｓｉｎ波であることが望ましい。しかしながら、この信号に高調波が混じると、受信信号に高調波歪が生じる。特に、スケールとセンサヘッドのギャップ（ステータとロータのギャップ）が小さくなるに従って、磁場分布の幾何学的形状の影響が大きくなり、上記高調波歪が発生し易くなる。高調波歪は測定誤差の原因となるため、高精度測定のためには受信信号の高調波歪を低減する必要がある。

本発明は、高精度測定が可能な誘導型変位検出装置及びこれを搭載したマイクロメータを提供することを目的とする。

本発明に係る誘導型変位検出装置の一態様は、ステータと、前記ステータと対向するように配置されたロータと、前記ステータに配置された送信巻線と、複数の受信ループを含むと共に前記ステータに配置された受信巻線と、前記送信巻線及び前記受信巻線に対して磁束結合可能であると共に前記ロータに配列された複数の磁束結合巻線と、を備え、二個分の前記受信ループで規定される中心角をθとすると、一個分の前記磁束結合巻線で規定される中心角θ１が次の範囲である、ことを特徴とする。

本発明に係る誘導型変位検出装置の一態様によれば、一個分の磁束結合巻線で規定される中心角θ１の大きさを上記値の範囲にしたことにより、受信信号の高調波歪を低減することができる。中心角θ１としては、例えば（５／１２）θ又は（７／１２）θである。

本発明に係る誘導型変位検出装置の一態様において、前記受信巻線はｓｉｎカーブ形状を有する、ようにすることができる。これによれば、受信巻線を流れる受信信号の高調波歪を低減できる。

本発明に係る誘導型変位検出装置の一態様において、前記磁束結合巻線は、前記送信巻線に磁束結合可能な受信導体及び前記受信巻線に磁束結合可能な送信導体を含む閉じた線状導体で構成されており、前記線状導体を交差させた構成の前記磁束結合巻線と前記線状導体を交差させない構成の前記磁束結合巻線とが交互に配列されている、ようにすることができる。これによれば、磁束結合巻線を密に配置できるため、受信巻線を流れる受信信号の強度を大きくできる。

本発明に係る誘導型変位検出装置の一態様において、前記受信巻線は円弧状を有する、ようにしてもよい。

本発明に係る誘導型変位検出装置の一態様において、前記受信巻線は円周状を有する、ようにしてもよい。これによれば、受信巻線を流れる受信信号のダイナミックレンジを大きくすることができる。

本発明に係る誘導型変位検出装置の一態様において、前記送信巻線は前記受信巻線より外側に配置されている、ようにしてもよい。

本発明に係る誘導型変位検出装置の一態様において、前記送信巻線は前記受信巻線より内側に配置されている、ようにしてもよい。これによれば、送信巻線を短くできるので、送信巻線のインピーダンスを下げることができる。よって、送信巻線に大きな電流を流すことができるため、受信巻線を流れる受信信号を大きくできる。

本発明に係る誘導型変位検出装置の一態様において、前記送信巻線は、一端からリング状に延びて送信折返し部に至る第１のリング部及び前記送信折返し部から前記第１のリング部と異なる半径でリング状に延びて他端に至る第２のリング部を含む、ようにしてもよい。そして、前記受信巻線は前記第１のリング部と前記第２のリング部との間に配置されている、ようにしてもよい。

本発明に係る誘導型変位検出装置の一態様において、前記送信巻線は、一端からリング状に延びて他端に至る一つのリング部である、ようにしてもよい。

本発明に係る誘導型変位検出装置の一態様は、マイクロメータに搭載することができる。

ここまで説明した本発明に係る誘導型変位検出装置の一態様は、ロータリ型であるが。次に説明する本発明に係る誘導型変位検出装置の他の態様は、リニア型であり、上記一態様と同様の作用効果を有する。

本発明に係る誘導型変位検出装置の他の態様は、スケールと、前記スケールと対向するように配置されると共に前記スケールに対してリニア方向に相対移動可能なセンサヘッドと、前記センサヘッドに配置された送信部材と、複数の受信ループを含むと共に前記センサヘッドに配置された受信巻線と、前記送信部材及び前記受信巻線に対して磁束結合可能であると共に前記スケールに配列された複数の磁束結合巻線と、を備え、二個分の前記受信ループの前記相対移動の方向に沿った長さをＬとすると、前記相対移動の方向に沿った一個分の前記磁束結合巻線の長さＬ１が次の範囲である、ことを特徴とする。

長さＬ１の具体的な値は、例えば（５／１２）Ｌ又は（７／１２）Ｌである。

本発明に係る誘導型変位検出装置の他の態様において、前記受信巻線はｓｉｎカーブ形状を有する、ようにすることができる。

本発明に係る誘導型変位検出装置の他の態様において、前記磁束結合巻線は、前記送信部材に磁束結合可能な受信導体及び前記受信巻線に磁束結合可能な送信導体を含む閉じた線状導体で構成されており、前記線状導体を交差させた構成の前記磁束結合巻線と前記線状導体を交差させない構成の前記磁束結合巻線とが交互に配列されている、ようにすることができる。

本発明に係る誘導型変位検出装置の他の態様において、前記送信部材は、一端からリニア状に延びて送信折返し部に至る第１のリニア部及び前記送信折返し部からリニア状に延びて他端に至る第２のリニア部を含む送信巻線である、ようにすることができる。

本発明に係る誘導型変位検出装置の他の態様において、前記送信部材は、一端からリニア状に延びて他端に至る一本のリニア部である、ようにすることができる。

本発明に係る誘導型変位検出装置によれば、受信巻線を流れる受信信号の高調波歪を低減できるため、高精度測定が可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る誘導型変位検出装置（「誘導型変位検出装置」を「エンコーダ」と記載する場合もある。）について説明する。なお、図において、既に説明した図中の符号で示すものと同一のものについては、同一符号を付すことにより説明を省略する。

［第１実施形態］
第１実施形態に係る誘導型変位検出装置は、ロータリ型エンコーダである。ステータに配置された受信巻線を構成する複数の受信ループのうち、二個分の受信ループで規定される中心角をθとすると、ロータに配列された複数の磁束結合巻線の一個分で規定される中心角θ１を、（５／１２）θとした点が第１実施形態の主な特徴である。以下、第１実施形態の詳細を説明する。

（第１実施形態に係るエンコーダの構造）
図１は、第１実施形態に係る誘導型変位検出装置の構成要素であるステータ１の平面図であり、図２はロータ３の平面図である。ステータ１とロータ３とが互いに対向するように配置されている。ロータ３は回転方向Ａに回転自在に支持されている。ステータ１やロータ３は、プリント回路基板、ガラス基板、シリコン基板等により構成される。

まず、図１のステータ１から説明する。ステータ１は、中央に貫通穴５が形成された例えば樹脂からなる絶縁基板７を備える。絶縁基板７の上に、送信巻線９が貫通穴５を囲むように配置されている。詳しくは、送信巻線９は、端子Ｔ１（一端の一例）からリング状に延びて送信折返し部１１に至るリング部９ａ（第１のリング部の一例）及び送信折返し部１１からリング部９ａと異なる半径でリング状に延びて端子Ｔ２（他端の一例）に至るリング部９ｂ（第２のリング部の一例）を含む。

送信巻線９と貫通穴５との間の絶縁基板７には、送信巻線９に沿って円弧状の三つの受信巻線１３、１５、１７が重なるように配置されている。巻線１３、１５、１７は、それぞれ同じ構造を有しており、受信巻線１３を例として受信巻線の構造を説明する。

図３は受信巻線１３の平面図である。受信巻線１３は、上層導体１９と、これに立体交差する下層導体２１とのセットＵを複数備え、これらのセットＵを円弧状に配置したものである。上層導体１９と下層導体２１との間に図示しない絶縁層が配置されている。この絶縁層に設けられたスルーホール又はビアホールに埋め込まれた埋込導体２３を介して、上層導体１９の端部と下層導体２１の端部とが接続されている。

また、受信巻線１３は、図４に示す略ひし形の受信ループ２５を複数備え、これらを送信巻線９（図１）に沿って配置した構成を有する、と言うこともできる。受信ループ２５の向かい合う二辺が上層導体１９であり、残りの向かい合う二辺が下層導体２１である。

さらに、受信巻線１３は、端子Ｔ３から波状（この例ではジグザグ状であるが、後で説明するようなｓｉｎ状でもよい）に延びて受信折返し部２３ａで折り返し、再び波状に延びて端子Ｔ４に至るように構成されている、と言うこともできる。

なお、上層導体１９と下層導体２１が絶縁基板７（図１）の表面上に形成されている場合で説明している。しかしながら、絶縁基板７の表面上に上層導体１９を配置し、裏面上に下層導体２１を配置し、絶縁基板７に設けられたスルーホールに埋め込まれた埋込導体２３により、上層導体１９の端部と下層導体２１の端部を接続した構成でもよい。

図１の説明に戻る。受信巻線１３、１５、１７は、λ／６だけ位相をずらして配置されている。λとは、図３に示すように、受信巻線の波長であり、別の言い方をすれば、回転方向Ａ（図２）に沿った、二個分の受信ループ２５の寸法である。

受信巻線１３，１５，１７は、送信巻線９の送信折返し部１１から、所定距離（例えば受信ループ２５の略１．５個分）だけ離されている。この理由を説明する。送信巻線９のうち、折返し部１１以外の箇所の形状はリング状であり、折返し部１１の形状はリングの半径方向に延びる直線状である。

このように、送信巻線９は送信折返し部１１の箇所で延びる方向が急激に変化し、不規則な形状となっている。このため、送信巻線９により形成される磁場は、折返し部１１や端子Ｔ１，Ｔ２付近で分布や強度が変化し、歪が生じる。したがって、受信巻線１３，１５，１７が折返し部１１と磁束結合（つまりクロストーク）すると、受信巻線１３，１５，１７が上記歪んだ磁場の影響を受けるため、変位検出の精度が低下する。この理由から、巻線１３，１５，１７を折返し部１１から所定距離だけ離しているのである。

受信巻線１３の端子Ｔ３，Ｔ４、受信巻線１５の端子Ｔ５，Ｔ６、受信巻線１７の端子Ｔ７，Ｔ８及び送信巻線９の端子Ｔ１，Ｔ２は、図示しない配線を介して、変位を測定するための演算や制御などをするＩＣ回路２７と接続されている。ＩＣ回路２７はステータ１に配置されていてもよいし、これとは別の部品に取り付けられていてもよい。

なお、第１実施形態は、互いに位相をずらして配置された三つの受信巻線１３，１５，１７、すなわち３相の受信巻線の場合である。しかしながら、本発明は、受信巻線が一つの場合（１相の受信巻線）、互いに位相をずらして配置された二つの受信巻線の場合（２相の受信巻線）、互いに位相をずらして配置された四つ以上の受信巻線の場合（４相以上の受信巻線）でもよい。

次に、図２によりロータ３の構成を説明する。ロータ３は中央に貫通穴２９が形成されている、例えば樹脂からなる円盤状の絶縁基板３１を有する。絶縁基板３１の上に貫通穴２９を囲むように、複数の磁束結合巻線３３がリング状に配列されている。図示しない回転軸が図１のステータ１の貫通穴５に通されており、この回転軸がロータ３の貫通穴２９の箇所に固定されている。これにより、ロータ３が回転方向Ａに回転自在に支持される。この状態において、磁束結合巻線３３は、図１の送信巻線９及び受信巻線１３，１５，１７と対向している。磁束結合巻線３３、送信巻線９及び受信巻線１３，１５，１７は、アルミニウム、銅、金などの電気抵抗が低い材料で構成される。

巻線３３には、線状導体を交差させた構成の磁束結合巻線３３ａと線状導体を交差させない構成の磁束結合巻線３３ｂとがある。磁束結合巻線３３ａと磁束結合巻線３３ｂとが交互に配置されている。

図５は磁束結合巻線３３ａの平面図であり、図６は磁束結合巻線３３ｂの平面図である。磁束結合巻線３３は、送信巻線９に磁束結合可能な受信導体３５及び受信ループ２５（つまり受信巻線１３，１５，１７）に磁束結合可能な送信導体３７を含む閉じた線状導体で構成される。受信導体３５及び送信導体３７は共にループ状であり、磁束結合巻線３３は、これらの導体３５，３７の接続箇所３９で括れた構造を有する。磁束結合巻線３３ａは線状導体を交差させた構成であるが、これを具体的に説明すると、磁束結合巻線３３ａは受信導体３５と送信導体３７の接続箇所３９において、線状導体４１が立体的に交差している。

ここで、巻線３３ａと巻線３３ｂとを交互に配置した理由について説明する。図７は、第１実施形態に係る磁束結合巻線の配列に対する比較形態であり、隣り合う磁束結合巻線３３ｂ及び隣り合う受信ループ２５の平面図である。この形態では、巻線３３ａを含まず、巻線３３ｂは詰めて配列されている。

ある時刻における送信導体３７に流れる電流の向きを矢印ｉ１で示している。この時、送信導体３７−１と磁束結合する受信ループ２５−１、送信導体３７−２と磁束結合する受信ループ２５−２に流れる電流の向きは、矢印ｉ２のようになる。したがって、受信ループ２５−１を流れる電流と受信ループ２５−２を流れる電流とは打ち消しあうので、受信巻線に受信信号を流すことができない。

したがって、磁束結合巻線３３ｂのみを配列する場合、隣り合う巻線３３ｂの間にスペース（例えば受信ループ一個分）を設けている。つまり、図７の隣り合う磁束結合巻線３３ｂのうち一方の巻線３３ｂのみを配置するようにしている。これにより、隣り合う受信ループ２５のうち片方しか送信導体３７と磁束結合できないようにし、上記電流の打ち消しあいを防止している。

これに対して、第１実施形態では、図２に示すように、磁束結合巻線３３が詰めて配置されているが、上記打ち消し合いが生じない。この理由を図８で説明する。図８は第１実施形態に係るロータの隣り合う磁束結合巻線３３ａ，３３ｂの平面図である。ある時刻における磁束結合巻線３３ａ，３３ｂに流れる電流の向きを矢印ｉ１で示している。

第１実施形態では、線状導体を交差させた構成の磁束結合巻線３３ａと線状導体を交差させない構成の磁束結合巻線３３ｂとを、交互に配置している。このため、隣り合う送信導体３７−１，３７−２を流れる電流は逆向きになる。したがって、受信ループ２５−１を流れる電流と受信ループ２５−２を流れる電流とが打ち消しあうことはない（つまり、隣り合う磁束結合巻線において、一方の磁束結合巻線の線状導体を交差させることにより、一方の磁束結合巻線の送信導体を流れる電流を反転させている。）。

しがたって、第１実施形態によれば、磁束結合巻線３３を詰めて配列できるので、図２に示すように絶縁基板３１に配置できる磁束結合巻線３３の数を多くできるので、受信巻線１３，１５，１７で受信する信号の強度を大きくすることができる。

さて、磁束結合巻線３３ａの立体交差した構造は以下のようにして実現できる。図５を参照して、絶縁基板３１（図２）の表面上に下層の線状導体４１ａを形成する。線状導体４１ａを覆う絶縁層を形成する。この絶縁層に線状導体４１ａの両端を露出するビアホールを形成する。この絶縁層の上に上層の線状導体４１ｂを形成し、ビアホールに埋め込まれた埋込導体を介して線状導体４１ａを線状導体４１ｂに接続する。上層の線状導体４１ｂが受信導体３５及び送信導体３７を構成している。なお、絶縁基板３１の表面上に線状導体４１ｂを配置し、裏面上に線状導体４１ａを配置し、絶縁基板３１に設けられたスルーホールに埋め込まれた埋込導体により、線状導体４１ｂと線状導体４１ａとを接続した構成でもよい。

以上の説明から分かるように、図５に示す磁束結合巻線３３ａは、受信導体３５の全体及び送信導体３７の全体が同一平面に位置しており、受信導体３５と送信導体３７の接続箇所３９で線状導体４１が立体交差している。立体交差させる構成として、受信導体３５の右半分と送信導体３７の左半分を下層に配置し、受信導体３５の左半分と送信導体３７の右半分を上層に配置した構成でもよい。しかしながら、この構成よりも図５に示す構成のほうが、受信導体３５（送信導体３７）の全体が同一平面に位置するので、受信導体３５（送信導体３７）のバランスをとることができ、測定精度を向上させることができる。

（第１実施形態の主な効果）
図９は、図２のロータ３上に図１の送信巻線９及び受信巻線１３を重ねた平面図である。第１実施形態によれば、二個分の受信ループ２５で規定される中心角をθとすると、一個分の磁束結合巻線３３で規定される中心角θ１を、（５／１２）θとしたので、受信巻線を流れる受信信号の高調波歪を低減することができる。まず、高調波歪の原因となるλ／６誤差について説明する。

図１０は、受信巻線を流れる受信信号の波形を示すグラフである。縦軸が受信信号の電圧の大きさを示し、横軸が磁束結合巻線の移動量である。λは受信巻線の波長である。受信信号の波形としては、図１０に示すように、歪が含まれない理想的なｓｉｎ波が好ましい。

一方、図１１は高調歪が生じている受信信号の波形の一例を示すグラフである。波形は、台形状の正弦波となっている。このような正弦波では測定値に誤差が生じる。高調波歪の原因のとして、受信信号にλ毎に発生するλ誤差、λ／２毎に発生するλ／２誤差、λ／６毎に発生するλ／６誤差などがある。第１実施形態によれば、λ／６誤差の補正ができることにより、受信信号の高調波歪の低減を図ることができる。

本発明者は、実験により、上記高調波歪の低減の効果を確認した。この実験には、サンプル１，２を用いた。サンプル１，２のステータは共に図１のステータ１である。サンプル１のロータは、第１実施形態に係る図９のロータ３であり、これに対してサンプル２のロータは、比較形態に係る図１２のロータ４３である。図１２のロータ４３に配列される磁束結合巻線３３は巻線３３ｂのみである。隣り合う巻線３３ｂ間のスペースは受信ループ２５一個分である。したがって、一個分の磁束結合巻線３３で規定される中心角θ１は、（６／１２）θとなる。

この実験によれば、サンプル１（第１実施形態に係る図９のロータ）は、サンプル２（比較形態に係る図１２のロータ）に比べて、受信巻線を流れる受信電流に含まれる高調波電流が五分の一となった。したがって、第１実施形態によれば、比較形態よりも受信信号の高調波歪を低減できるため、より高精度な測定が可能となる。

この実験では、一個分の磁束結合巻線３３で規定される中心角θ１が（５／１２）θの場合で、高調波歪を低減できる効果を確認した。本発明者は、θ１＜（６／１２）θならば、高調波歪の低減の効果が生じると推定している。但し、θ１＜（４／１２）θの場合、受信巻線で受信される受信信号が小さくなるため、θ１の下限値は（４／１２）θである。

よって、中心角θ１は次の範囲となる。

なお、サンプル１はサンプル２に比べて、受信信号の信号強度が約三倍となった。よって、この点からも、第１実施形態によれば高精度測定が可能となる。

（第１実施形態の変形例）
第１実施形態には、以下に示す変形例がある。図１３は、第１変形例であり、受信巻線１３，１５，１７の平面図である。第１変形例の受信巻線１３，１５，１７は円周状を有する。第１変形例によれば、円弧状の受信巻線よりも受信信号のダイナミックレンジを大きくすることができる。

図１４は、第２変形例であり、送信巻線９の平面図である。第２変形例の送信巻線９は、一個のリング部から構成されている。つまり、送信巻線９は、端子Ｔ１（一端の一例）からリング状に延びて端子Ｔ２（他端の一例）に至る一つのリング部である。

図１５は、第３変形例に係るステータ４５の平面図である。図１のステータ１では、送信巻線９が受信巻線１３，１５，１７より外側に配置されているのに対して、この変形例では、送信巻線９が受信巻線１３，１５，１７より内側に配置されている。第３変形例によれば、送信巻線９をより短くできるので、送信巻線９のインピーダンスを下げることができる。これにより、送信巻線９に大きな電流を流すことができるため、送信磁場の磁束密度が上がり、受信巻線１３，１５，１７で受信する信号強度を大きくできる。

なお、第１〜第３変形例の組合せも可能である。例えば、図１５のステータ４５において、受信巻線１３，１５，１７の形状を図１３に示すような円周状にしてもよい。また、図１５のステータ４５において、送信巻線９の替りに、図１４の送信巻線９を受信巻線１３，１５，１７の内側に配置してもよい。

（マイクロメータ）
次に、第１実施形態に係るエンコーダが搭載されたマイクロメータについて説明する。図１６は、このマイクロメータ４７の正面図である。フレーム４９に図１のステータ１が固定され、シンブル５１に図２のロータ３が固定されている。

例えば、製造現場で使用中に工作機械のクーラントやオイルがスピンドル５３周辺から内部に侵入した場合、従来の静電容量式ロータリエンコーダを使用したデジタル式のマイクロメータでは誤動作を起していたが、第１実施形態に係るエンコーダを使用したデジタル式のマイクロメータであれば検出原理が電磁誘導であるため、誤動作することなく変位を検出することができる。従って、従来よりも耐環境性に優れたデジタル式のマイクロメータを提供することが可能である。

［第２実施形態］
第２実施形態に係る誘導型変位検出装置はロータリ型エンコーダであり、磁束結合巻線のうち、線状導体を交差させない構成の磁束結合巻線のみが配列された構成を有する。図１７は、第２実施形態に係るロータ５５上に送信巻線及び受信巻線を重ねた平面図であり、図９と対応する。隣り合う磁束結合巻線３３ｂ間は、略一個分の受信ループ２５に相当するスペースが設けられている。これにより、第１実施形態で説明したように、受信巻線を流れる電流の打ち消しあいを防止している。

第１実施形態と同様に、第２実施形態によれば、二個分の受信ループ２５で規定される中心角をθとすると、一個分の磁束結合巻線３３で規定される中心角θ１の範囲を次の通りにしたので、受信巻線を流れる受信信号の高調波歪を低減することができる。

ところで、第２実施形態では、略一個分の受信ループ２５に相当するスペースが隣り合う磁束結合巻線３３ｂ間に設けられている。このため、図１８に示すように、一個分の磁束結合巻線３３で規定される中心角θ１＞（６／１２）θにすることができ、これにより、受信巻線を流れる受信信号の高調波歪を低減することができる。実験的に（７／１２）θにしたところ、高調波歪がおよそ２／５になった。

但し、θ１＞（８／１２）θの場合、図７で説明した電流打消しの問題が生じるため、θ１の上限値は（８／１２）θである。よって、中心角θ１の範囲は次の通りである。

次に、第２実施形態の変形例について、図１９及び図２０を用いて説明する。図１９はステータ５７の平面図であり、図２０はロータ５９の平面図である。まず、ステータ５７の構成から説明する。送信巻線９は、端子Ｔ１となる一端から受信巻線１３，１５，１７に追着き追越すように、巻線１３，１５，１７の外側をリング状に延びて送信折返し部１１に至るリング部９ａ（第１のリング部の一例）と、送信折返し部１１と、送信折返し部１１から受信巻線１３，１５，１７に追着き追越すように、巻線１３，１５，１７の内側をリング状に延びたリング部９ｂ（第２のリング部の一例）と、リング部９ｂから端子Ｔ２となる他端に至る引出部６１と、で構成される。つまり、この変形例では、リング部９ａとリング部９ｂとの間に受信巻線１３，１５，１７が配置されている。受信巻線１３，１５，１７は円弧状を有するが、円周状を有していてもよい。

次に、図２０のロータ５９について説明する。磁束結合巻線３３は、受信導体と送信導体に分けられていない。磁束結合巻線３３は、閉じた線状導体であり、線状導体は略台形状を形作るように延びている。磁束結合巻線３３どうしの間には、略一個分の受信ループのスペースが設けられる。

二個分の受信ループで規定される中心角をθとすると、一個分の磁束結合巻線３３で規定される中心角θ１が以下の範囲にされている。

なお、磁束結合巻線３３どうしの間に、略一個分の受信ループのスペースが設けられているため、中心角θ１を次の範囲にすることもできる。

［第３実施形態］
第３実施形態に係るエンコーダは、図１の受信巻線１３，１５，１７の替りに図２１に示す受信巻線１３，１５，１７を配置したものである。これらの巻線は円弧状を有しているが、円周状を有していてもよい。第３実施形態に係る受信巻線１３，１５，１７はｓｉｎカーブ形状を有する。ｓｉｎカーブ形状の設計には、例えば、次の式を用いる。

この式１を基にして描いたｓｉｎカーブを図２２に示す。縦軸がｎ個目の折り曲げ高さであり、横軸が折り曲げ位置である。Ｎは受信巻線の１波長内の折り曲げ総数であり、ここでは１２回である。Ｗは受信巻線の幅つまり、折り曲げ高さの最大値の二倍である。

式１はエンコーダがリニア型の場合であり、第３実施形態はロータリ型なので、次の式２を用いる。

但し、αは１波長角（＝３６０度÷波長数）であり、受信巻線外側半径は、図２１に示すように受信巻線の外周６３の半径であり、受信巻線内側半径は、受信巻線の内周６５の半径である。

第３実施形態によれば、受信信号の高調波歪を低減することができることを、本発明者は実験により確認した。この実験には、サンプル３（ステータは図１のステータ１であり、但し受信巻線は図２１の受信巻線１３，１５，１７である。ロータは図１２のロータ４３である。）、サンプル４（ステータは図１のステータ１である。ロータは図１２のロータ４３である）を用いた。この実験によれば、サンプル３はサンプル４に比べて、高調波の誤差が八分の一となった。

したがって、第３実施形態によれば、図２１の送信巻線１３，１５，１７を第１実施形態や第２実施形態のエンコーダに設けるので、受信信号の高調波歪を低減できる効果がさらに高まるため、より高精度な測定が可能となる。

この実験結果から、（ギャップ／ピッチ）＝０．０２５でも高調波低減の効果が生じることが分かる。また、サンプル３はサンプル４に比べて、受信巻線の面積が１．３倍になったため、受信信号の信号強度が１．３倍となった。よって、この点からも、第３実施形態によれば高精度測定が可能となる。

なお、式１，２によれば、受信巻線の形状は、理想的なｓｉｎカーブ形状ではなく、略ｓｉｎカーブ形状となるが、理想的なｓｉｎカーブ形状になるように設計してもよい。
［第４実施形態］
第１〜第３実施形態はロータリ型であるが、これらをリニア型に適用した例を第４実施形態で説明する。この実施形態によれば、ロータリ型の場合と同様の効果を得ることができる。

図２３は、第４実施形態に係るエンコーダの構成要素であるセンサヘッド７１の平面図であり、図２４はスケール７３の平面図である。スケール７３は、その長手方向の一部が表れている。センサヘッド７１やスケール７３は、プリント回路基板、ガラス基板、シリコン基板等により構成される。センサヘッド７１は、スケール７３に対して所定ギャップをもって対向するように、測定軸ｘに沿って移動可能に配置される。なお、センサヘッドが固定でスケールが移動する構成でもよい。すなわち、センサヘッドとスケールとは、互いにリニア方向に相対移動可能に配置されていればよい。

センサヘッド７１に配置された送信巻線７５（送信部材の一例）、受信巻線１３，１５，１７は、図１に示す送信巻線９、受信巻線１３，１５，１７をリニア状にしたものである。詳しくは、センサヘッド７１は絶縁基板７７を有している。絶縁基板７７のスケール７３と対向する面側には、矩形状の送信巻線７５が配置されている。すなわち、送信巻線７５は、端子Ｔ１（一端の一例）からリニア状に延びて送信折返し部１１に至るリニア部７５ａ（第１のリニア部の一例）及び折返し部１１からリニア状に延びて端子Ｔ２（他端の一例）に至るリニア部７５ｂ（第２のリニア部の一例）により構成される。送信巻線７５は、アルミニウム、銅、金などの電気抵抗が低い材料で構成される。絶縁基板７７のスケール７３と対向する面側であって、送信巻線９の隣にリニア状の受信巻線１３，１５，１７が配置されている。

スケール７３は絶縁基板７９を備え、この基板７９のセンサヘッド７１に対向する面側には、スケール７３の長手方向に沿って磁束結合巻線３３ａと磁束結合巻線３３ｂとが交互にリニア状に配列されている。

図２３に示す二個分の受信ループの測定軸ｘ方向（相対移動の方向の一例）に沿った長さをＬとすると、測定軸ｘ方向（相対移動の方向の一例）に沿った一個分の磁束結合巻線３３の長さＬ１が、以下の範囲の一例である（５／１２）Ｌにされている。

これは、図９の磁束結合巻線３３の場合と対応する。なお、長さＬは受信巻線１３，１５，１７の波長λに相当する。

図２５及び図２６は、第４実施形態の第１変形例に係るスケール８１の平面図である。図２４のスケール７３との違いは、磁束結合巻線３３のうち巻線３３ｂのみが配列されている点である。図２５のスケール８１では、磁束結合巻線３３の長さＬ１の範囲が次の通りであり、図１７の磁束結合巻線３３の場合と対応する。

一方、図２６のスケール８１では、磁束結合巻線３３の長さＬ１の範囲が次の通りであり、図１８の磁束結合巻線３３の場合と対応する。

図２７は、第４実施形態の第２変形例に係る受信巻線１３，１５，１７の平面図である。これらの巻線はｓｉｎカーブ形状を有し、図２１の巻線と対応する。図２７の巻線はリニア型の場合なので、この巻線の設計には第３実施形態で説明した式１を利用する。

次に、第４実施形態の第３変形例を説明する。図２８は、この変形例に係るセンサヘッド８３の平面図である。この変形例では、端子Ｔ１（一端の一例）からリニア状に延びて端子２（他端の一例）に至る一本のリニア部からなる送信部材８５がセンサヘッド８３に配置されている。送信部材８５は図２３の送信巻線７５と同様の機能を果たす。

最後に、第４実施形態に係るエンコーダを搭載したノギス８７について説明する。図２９はノギス８７の分解斜視図である。ノギス８７は本尺８９を備える。図２４のスケール７３が本尺８９に取り付けられる。ノギス８７は、本尺８９に配設され、本尺８９の測定軸ｘに沿って可動するスライダアセンブリ９１を備える。

スライダアセンブリ９１はベース９３を含む。アセンブリ９１はまた、本尺８９の上に位置し、ベース９３に取り付けられたセンサヘッド７１（図２３）を有する。従って、ベース９３およびセンサヘッド７１は本尺８９に沿ってユニットとして移動する。測定された距離はデジタル表示装置９５に表示され、これはスライダアセンブリ９１のカバー９７に取り付けられている。

第１実施形態に係る誘導型変位検出装置のステータの平面図である。 第１実施形態に係る誘導型変位検出装置のロータの平面図である。 図１のステータに配置された受信巻線の平面図である。 受信巻線を構成する受信ループの平面図である。 図２のロータに配置された、線状導体が交差した構成の磁束結合巻線の平面図である。 図２のロータに配置された、線状導体が交差していない構成の磁束結合巻線の平面図である。 第１実施形態に係る磁束結合巻線の配列に対する比較形態であり、隣り合う磁束結合巻線及び隣り合う受信ループの平面図である。 第１実施形態における隣り合う磁束結合巻線及び隣り合う受信ループの平面図である。 図２のロータ上に図１の送信巻線及び受信巻線を重ねた平面図である。 高調歪が生じていない受信信号の波形を示すグラフである。 高調歪が生じている受信信号の波形を示すグラフである。 比較形態に係るロータの平面図である。 第１実施形態の第１変形例であり、受信巻線の平面図である。 第１実施形態の第２変形例であり、送信巻線の平面図である。 第１実施形態の第３変形例であり、ステータの平面図である。 第１実施形態に係る誘導型変位検出装置が組み込まれているマイクロメータの正面図である。 第２実施形態に係るロータの一例の平面図である。 第２実施形態に係るロータの他の例の平面図である。 第２実施形態の変形例を構成するステータの平面図である。 第２実施形態の変形例を構成するロータの平面図である。 第３実施形態に係るエンコーダに備えられる受信巻線の平面図である。 第３実施形態で説明した式１を利用して描いたｓｉｎカーブ形状の曲線を示す図である。 第４実施形態に係るエンコーダの構成要素であるセンサヘッドの平面図である。 第４実施形態に係るエンコーダの構成要素であるスケールの平面図である。 第４実施形態の第１変形例に係るスケールの平面図である｛測定軸ｘ方向に沿った磁束結合巻線の長さＬ１が、（４／１２）Ｌ以上でかつ（６／１２）Ｌより小さい｝。 第４実施形態の第１変形例に係るスケールの平面図である｛測定軸ｘ方向に沿った磁束結合巻線の長さＬ１が、（６／１２）Ｌより大きくかつ（８／１２）Ｌ以下｝。 第４実施形態の第２変形例に係る受信巻線の平面図である。 第４実施形態の第３変形例に係るセンサヘッドの平面図である。 第４実施形態に係るエンコーダを搭載したノギスの分解斜視図である。

符号の説明

１・・・ステータ、３・・・ロータ、５・・・貫通穴、７・・・絶縁基板、９・・・送信巻線、９ａ・・・リング部（第１のリング部の一例）、９ｂ・・・リング部（第２のリング部の一例）、１１・・・送信折返し部、１３，１５，１７・・・受信巻線、１９・・・上層導体、２１・・・下層導体、２３・・・埋込導体、２３ａ・・・受信折返し部、２５・・・受信ループ、２７・・・ＩＣ回路、２９・・・貫通穴、３１・・・絶縁基板、３３，３３ａ，３３ｂ・・・磁束結合巻線、３５・・・受信導体、３７・・・送信導体、３９・・・接属箇所、４１・・・線状導体、４３・・・ロータ、４５・・・ステータ、４７・・・マイクロメータ、４９・・・フレーム、５１・・・シンブル、５３・・・スピンドル、５５・・・ロータ、５７・・・ステータ、５９・・・ロータ、６１・・・引出部、６３・・・受信巻線の外周、６５・・・受信巻線の内周、７１・・・センサヘッド、７３・・・スケール、７５・・・送信巻線、７５ａ・・・リニア部（第１のリニア部の一例）、７５ｂ・・・リニア部（第２のリニア部の一例）、７７，７９・・・絶縁基板、８１・・・スケール、８３・・・センサヘッド、８５・・・送信部材、８７・・・ノギス、８９・・・本尺、９１・・・スライダアセンブリ、９３・・・ベース、９５・・・デジタル表示装置、９７・・・カバー、Ａ・・・ロータの回転方向、Ｔ１〜Ｔ８・・・端子、Ｕ・・・上層導体と下層導体のセット、λ・・・受信巻線の波長、ｉ１・・・送信導体を流れる電流の向き、ｉ２・・・受信ループを流れる電流の向き ｘ・・・測定軸

Claims (18)

1. ステータと、
   前記ステータと対向するように配置されたロータと、
   前記ステータに配置された送信巻線と、
   複数の受信ループを含むと共に前記ステータに配置された受信巻線と、
   前記送信巻線及び前記受信巻線に対して磁束結合可能であると共に前記ロータに配列された複数の磁束結合巻線と、を備え、
   二個分の前記受信ループで規定される中心角をθとすると、一個分の前記磁束結合巻線で規定される中心角θ１が次の範囲である、ことを特徴とする誘導型変位検出装置。
   

   
2. 前記受信巻線はｓｉｎカーブ形状を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の誘導型変位検出装置。
3. 前記磁束結合巻線は、前記送信巻線に磁束結合可能な受信導体及び前記受信巻線に磁束結合可能な送信導体を含む閉じた線状導体で構成されており、
   前記線状導体を交差させた構成の前記磁束結合巻線と前記線状導体を交差させない構成の前記磁束結合巻線とが交互に配列されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導型変位検出装置。
4. 前記受信巻線は円弧状を有する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導型変位検出装置。
5. 前記受信巻線は円周状を有する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導型変位検出装置。
6. 前記送信巻線は前記受信巻線より外側に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導型変位検出装置。
7. 前記送信巻線は前記受信巻線より内側に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導型変位検出装置。
8. 前記送信巻線は、一端からリング状に延びて送信折返し部に至る第１のリング部及び前記送信折返し部から前記第１のリング部と異なる半径でリング状に延びて他端に至る第２のリング部を含む、
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘導型変位検出装置。
9. 前記受信巻線は前記第１のリング部と前記第２のリング部との間に配置されている、
   ことを特徴とする請求項８に記載の誘導型変位検出装置。
10. 前記送信巻線は、一端からリング状に延びて他端に至る一つのリング部である、
    ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘導型変位検出装置。
11. 前記中心角θ１が、（５／１２）θ又は（７／１２）θである、
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の誘導型変位検出装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の誘導型変位検出装置が搭載されたマイクロメータ。
13. スケールと、
    前記スケールと対向するように配置されると共に前記スケールに対してリニア方向に相対移動可能なセンサヘッドと、
    前記センサヘッドに配置された送信部材と、
    複数の受信ループを含むと共に前記センサヘッドに配置された受信巻線と、
    前記送信部材及び前記受信巻線に対して磁束結合可能であると共に前記スケールに配列された複数の磁束結合巻線と、を備え、
    二個分の前記受信ループの前記相対移動の方向に沿った長さをＬとすると、前記相対移動の方向に沿った一個分の前記磁束結合巻線の長さＬ１が次の範囲である、ことを特徴とする誘導型変位検出装置。
    

    
14. 前記受信巻線はｓｉｎカーブ形状を有する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の誘導型変位検出装置。
15. 前記磁束結合巻線は、前記送信部材に磁束結合可能な受信導体及び前記受信巻線に磁束結合可能な送信導体を含む閉じた線状導体で構成されており、
    前記線状導体を交差させた構成の前記磁束結合巻線と前記線状導体を交差させない構成の前記磁束結合巻線とが交互に配列されている、
    ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の誘導型変位検出装置。
16. 前記送信部材は、一端からリニア状に延びて送信折返し部に至る第１のリニア部及び前記送信折返し部からリニア状に延びて他端に至る第２のリニア部を含む送信巻線である、
    ことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の誘導型変位検出装置。
17. 前記送信部材は、一端からリニア状に延びて他端に至る一本のリニア部である、
    ことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の誘導型変位検出装置。
18. 前記長さＬ１が、（５／１２）Ｌ又は（７／１２）Ｌである、
    ことを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の誘導型変位検出装置。

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