JP2005214722A - 誘導型変位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度測定、小型化及び測定のリアルタイム性向上を実現することが可能なアブソリュートタイプの誘導型変位検出装置を提供する。
【解決手段】センサヘッド１には、互いに波長が異なる受信巻線７，９とこれらに対応する送信巻線２１，２３が配置される。送信巻線２１，２３からなる群である送信巻線群Ｇ２が一筆書状に構成されているので、送信巻線駆動回路を共用化できる。よって、送信巻線２１，２３に送信信号を同時に送ることができる。
【選択図】図１

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（以下、「エンコーダ」という場合もある）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、磁束結合巻線を所定ピッチで配列したトラックを有するスケールと、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する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）。

また、エンコーダには、インクリメンタルタイプ（例えば特許文献１）とアブソリュートタイプ（例えば特許文献３）がある。インクリメンタルタイプは、原点を基準にして受信巻線で受信された信号をカウントすることにより、センサヘッドの位置（つまり原点からのセンサヘッドの変位量）を求める。これに対して、アブソリュートタイプは、複数の送信巻線に同時に送信信号を送り、磁束結合巻線を介して複数の受信巻線に流れた、互いに波長の異なる受信信号を同時に検出し、これらの受信信号を合成してセンサヘッドの位置を特定する。

アブソリュートタイプは、インクリメンタルタイプに比べて複雑な構造となるが、測定位置で受信される信号により測定位置を特定できるので、原点から測定位置までセンサヘッドを動かす必要がない。
特開平１０-３１８７８１号公報（図４） 特開平８-３１３２９５号公報（図１６） 特開平１０−２１３４０８号公報（図７）

しかし、特許文献３に示すアブソリュートタイプでは、トランスデューサ（一組の送信巻線、トラック及び受信巻線）は、他のトランスデューサと独立している。このため、トランスデューサ毎に、専用の送信巻線駆動回路及び受信信号検出回路を用意しなければならず、誘導型変位検出装置の小型化の妨げとなる。

また、同じ駆動回路を各トランスデューサに配置しても、回路の抵抗やインダクタンス等を完全に同一にできないため、送信信号を同時に各送信巻線に送ることができない。したがって、トラック毎に測定位置が異なり、より高精度な測定の実現の障害になる。特に、センサヘッドを高速で動かした場合、測定位置の異なりが大きくなるため、高速で測定するタイプのエンコーダには不向きである。さらに、送信巻線が受信巻線を囲むようにされているので、受信信号にオフセットが発生し易く、これも高精度測定の妨げとなる。

本発明は、高精度測定、小型化及び測定のリアルタイム性向上を実現することが可能なアブソリュートタイプの誘導型変位検出装置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は、互いに対向して配置された一方及び他方の巻線保持部材と、前記一方の巻線保持部材に磁束結合巻線を複数並べて構成されたトラックの群であると共に少なくとも二つの前記トラックが互いに異なる前記磁束結合巻線の配列ピッチを有するトラック群と、前記他方の巻線保持部材に配置された複数の受信ループで構成された受信巻線の群であると共に前記少なくとも二つのトラックの配列ピッチにそれぞれ対応する波長を有する少なくとも二つの前記受信巻線を含む受信巻線群と、前記他方の巻線保持部材に配置された送信巻線の群であると共にこれらの送信巻線が一筆書状につながっている送信巻線群と、を備える、ことを特徴とする。

本発明に係る誘導型変位検出装置によれば、一筆書状の送信巻線群を備えるため、各送信巻線に送信信号を同時に流すことができる。つまり、送信巻線群を構成する複数の送信巻線を同時に駆動することが可能となる。

本発明に係る誘導型変位検出装置において、前記送信巻線群の各送信巻線は、前記受信巻線群の対応する受信巻線を囲んでいる、ようにすることができる。これによれば、誘導型変位検出装置の小型化が可能となる。

本発明に係る誘導型変位検出装置において、前記受信巻線群は、同じ波長の受信巻線間にこれらと異なる波長の受信巻線が配置された構成を有する、ようにすることができる。これによれば、ミスアライメント特性を改善できる。

本発明に係る誘導型変位検出装置において、前記送信巻線群は、複数のリニア部及び前記リニア部どうしを接続する複数の送信折返し部を含み、異なる前記トラックの前記磁束結合巻線どうしは非接続であり、前記一方の巻線保持部材はスケールであり、前記他方の巻線保持部材は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である、ようにすることができる。

これは、本発明に係る誘導型変位検出装置をリニア型に適用したものである。異なるトラックの磁束結合巻線どうしは非接続なので、異なるトラックの磁束結合巻線どうしを接続する配線が存在しない。よって、受信信号の強度変動を低減できるため、高精度な測定が可能となる。

本発明に係る誘導型変位検出装置において、前記送信巻線群は、半径の異なる複数のリング部及び前記リング部どうしを接続する複数の送信折返し部を含み、異なる前記トラックの前記磁束結合巻線どうしは非接続であり、前記一方の巻線保持部材はロータであり、前記他方の巻線保持部材はステータである、ようにすることができる。

これは、本発明に係る誘導型変位検出装置をロータリ型に適用したものである。異なるトラックの磁束結合巻線どうしは非接続である。このため、上記受信信号の強度変動を低減できることに加えて、次のことも言える。トラックを構成する磁束結合巻線を無駄なく利用できるので、いわゆる余りの磁束結合巻線を無くすことができ、測定誤差を小さくすることができる。

本発明に係る誘導型変位検出装置によれば、一筆書状の送信巻線群を備えるので、送信巻線群を構成する複数の送信巻線を同時に駆動することができる。したがって、高精度測定、小型化及び測定のリアルタイム性向上を実現することが可能となる。

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、アブソリュートタイプのリニア型エンコーダである。第１実施形態は、二つの送信巻線からなる群が一筆書状に構成されている点が主な特徴である。以下、第１実施形態を詳細に説明する。

図１は、第１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１の平面図であり、図２はスケール３の平面図である。スケール３は、その長手方向の一部が表れている。センサヘッド１（他方の巻線保持部材の一例）やスケール３（一方の巻線保持部材の一例）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１は、スケール３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。

図１のセンサヘッド１の構成を説明する。受信巻線群Ｇ１がセンサヘッド１に配置されている。詳しく説明すると、センサヘッド１は、例えば、樹脂からなる絶縁基板５を備える。測定軸ｘ方向に互いに平行に延びる受信巻線７，９が、絶縁基板５の表面上に形成されている。この表面はスケール３に面している。巻線７，９で受信巻線群Ｇ１が構成される。

図３は受信巻線群Ｇ１の平面図である。受信巻線９を例として受信巻線の構造を説明する。受信巻線９は、上層導体１１と、これに立体交差する下層導体１３とのセットＵを複数備え、これらのセットＵをリニア状に配置したものである。上層導体１１と下層導体１３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１５を介して、上層導体１１の端部と下層導体１３の端部とが接続されている。したがって、受信巻線９は、図４に示す略ひし形の受信ループ１７を複数備え、これらを測定軸ｘに沿ってセンサヘッド１に配置した構成を有する、と言うこともできる。また、受信巻線９は、端子Ｔ５から波状（この例ではジグザグ状であるが、sin状でもよい）に延びて受信折返し部１９で折り返し、再び波状に延びて端子Ｔ６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１１と下層導体１３が絶縁基板５（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５の表面上に上層導体１１を配置し、裏面上に下層導体１３を配置し、絶縁基板５に設けられたスルーホールに埋め込まれた埋込導体１５により、上層導体１１の端部と下層導体１３の端部を接続した構成でもよい。

受信巻線７は、受信巻線９と同様の構成を有している。但し、受信ループ１７の寸法は、受信巻線７の方が受信巻線９より小さくされている。このため、図３に示すように、巻線７の波長λ１は、巻線９の波長λ２より小さくなっている。巻線の波長λとは、二つ分の受信ループ１７の測定軸ｘ方向に沿う寸法のことである。このように、二つの受信巻線７，９が互いに異なる波長を有するようにされている。なお、受信巻線７の幅ｗ１と受信巻線９の幅ｗ２とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。

図１に示すように、センサヘッド１には送信巻線群Ｇ２が配置されている。図５は送信巻線群Ｇ２の平面図である。図１及び図５を参照して、送信巻線群Ｇ２について詳しく説明する。送信巻線群Ｇ２は、絶縁基板５の表面上に形成された送信巻線２１，２３の群であり、これらの送信巻線が一筆書状につながっている。

送信巻線２１のリニア部２５は、端子Ｔ１（一端）から受信巻線７に追着き追越すように、絶縁基板５の側部と受信巻線７との間を、測定軸ｘ方向にリニア状に延びて、送信折返し部２７と接続されている。送信折返し部２７と接続されたリニア部２９は、受信巻線７，９に追着き追越すように、受信巻線７と受信巻線９との間を測定軸ｘ方向にリニア状に延びて、送信折返し部３１と接続されている。リニア部２９は送信巻線２１，２３で共用される。送信巻線２３のリニア部３３は送信折返し部３１と接続されており、受信巻線９に追着き追越すように、受信巻線９と絶縁基板５の側面との間を測定軸ｘ方向にリニア状に延びて端子Ｔ２（他端）に至るように構成されている。

したがって、送信巻線２１は受信巻線７を囲んでおり、送信巻線２３は受信巻線９を囲んでいる。つまり、送信巻線群Ｇ２の各送信巻線２１，２３は、受信巻線群Ｇ１の対応する受信巻線７，９を囲んでいる、
次に、図２を参照して、トラック群Ｇ３が配置されたスケール３の構成を説明する。スケール３は例えば樹脂からなる長尺状の絶縁基板３５を有する。絶縁基板３５のセンサヘッド１と面する表面上に、複数の磁束結合巻線３７が測定軸ｘに沿って配列ピッチｐ１で並べられている。これにより、リニア状のトラック３９が構成される。配列ピッチｐ１は、図１に示す受信巻線７の波長λ１に等しい。

トラック３９の隣にトラック３９と平行にトラック４１が配置されている。トラック４１はトラック３９と同様に磁束結合巻線３７を並べて構成される。トラック３９，４１によりトラック群Ｇ３が構成される。トラック３９の磁束結合巻線３７とトラック４１のそれとは非接続である。

トラック４１の磁束結合巻線３７の配列ピッチｐ２は、トラック３９のそれの配列ピッチｐ１より大きく（配列ピッチｐ２は配列ピッチｐ１と大きさが異なっており）、図１に示す受信巻線９の波長λ２と等しい。したがって、二つのトラック３９，４１の配列ピッチｐ１，ｐ２にそれぞれ対応する波長λ１，λ２を有する二つの受信巻線７，９が設けられていることになる。図２において、配列ピッチｐ１，ｐ２により、磁束結合巻線３７どうしの間には磁束結合巻線３７一個分のスペースが設けられる（受信ループ１７一個分のスペースと言うこともできる）が、このスペースは必ずしも磁束結合巻線３７一個分である必要はない。

磁束結合巻線３７は、閉じた線状導体４３であり、線状導体４３が正方形を形作るように延びている。図２において、トラック３９の磁束結合巻線３７の寸法は、トラック４１のそれよりも小さい。

センサヘッド１をスケール３に対してアライメントした状態において、トラック３９は、図１の受信巻線７及び送信巻線２１と対向しており、トラック４１は、受信巻線９及び送信巻線２３と対向している。したがって、図６に示すように、トラック３９の磁束結合巻線３７は、受信巻線７及び送信巻線２１に対して相対移動可能であると共にこれらの巻線７，２１に対して磁束結合が可能である。一方、トラック４１の磁束結合巻線３７は、受信巻線９及び送信巻線２３に対して相対移動可能であると共に巻線９，２３に対して磁束結合が可能である。

なお、磁束結合巻線３７、送信巻線２１，２３及び受信巻線７，９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。

図７に示すように、第１実施形態に係る誘導型変位検出装置は、変位を測定するための演算や制御などをするＩＣ回路４５を備える。ＩＣ回路４５の送信巻線駆動回路４７は、送信巻線２１，２３を駆動する（つまり、巻線２１，２３に交流の送信信号を流す）機能を有する。送信巻線２１，２３は一筆書状なので、端子Ｔ１，Ｔ２を共用しており、したがって、一つの駆動回路を共用している。

ＩＣ回路４５は、二つの受信信号検出回路４９，５１を備えている。検出回路４９は、図示しない配線により受信巻線７の端子Ｔ３，Ｔ４と接続され、検出回路５１は、図示しない配線により受信巻線９の端子Ｔ５，Ｔ６と接続されている。よって、受信巻線７，９の信号を検出する回路は別々にされている。これらの回路で検出された信号は所定の処理がなされて、ＩＣ回路４５の演算制御回路５３に送られる。この回路５３で変位の演算が実行される。演算制御回路５３は送信巻線駆動回路４７を制御する機能も有する。ＩＣ回路４５はセンサヘッド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。

ここで、図１、図２及び図７を用いて、第１実施形態の動作を簡単に説明する。送信巻線駆動回路４７で生成された送信信号を送信巻線２１，２３に流しながら、センサヘッド１を移動させる。送信巻線２１を流れる送信信号により発生する磁界は、トラック３９の磁束結合巻線３７と結合する。これにより、磁束結合巻線３７に流れる電流により発生する磁界が受信巻線７に電磁結合して、受信巻線７に波長λ１で規定される受信信号が流れ、受信信号検出回路４９で検出される。同様に、送信巻線２３を流れる送信信号によって、トラック４１の磁束結合巻線３７を介して、受信巻線９に波長λ２で規定される受信信号が流れ、受信信号検出回路５１で検出される。

波長λ１，λ２の受信信号は、演算制御回路５３に送られて、センサヘッド１の移動量が演算される。移動量演算の原理は次の通りである。これら二つの受信信号（正弦波信号）の位相関係は、λ１，λ２の最小公倍数Λを１波長とする周期関数となる。したがって、波長Λの範囲では、λ１，λ２の位相関係から、センサヘッド１の絶対位置を一意的に決定できる。波長Λ以上の測定については、１波長Λ移動するごとにそれを記憶し、１波長に達しない移動量については上記二つの受信信号の位相関係から算出し、これらを加算することにより、センサヘッド１の全移動量が算出される。

以上のように、第１実施形態によれば、送信巻線群が一筆書状に構成されているため、送信巻線駆動回路４７を共用化できる。このため、送信巻線２１，２３に送信信号を同時に送ることができる。言い換えれば、送信巻線群Ｇ２を構成する複数の送信巻線２１，２３を同時駆動できる。したがって、トラック３９，４１の測定位置を同じにすることが可能となるため、より高精度な測定を実現できる。上記測定位置を同じにできることから、高速で測定するタイプのエンコーダに第１実施形態を適用しても、高精度測定が可能となる。また、送信巻線駆動回路４７を共用化できることにより、エンコーダの小型化を図ることができる。さらに、送信巻線２１，２３を同時駆動できるため、測定のリアルタイム性を向上させることができる。

ところで、第１実施形態において、図２に示すように、トラック３９の磁束結合巻線３７とトラック４１のそれとは接続されていない。これにより生じる効果を比較形態と比較しながら説明する。

図８は比較形態のスケール６１の端部の平面図である。トラック６３の磁束結合巻線６５とトラック６７のそれとは、対応するものどうしが一対一で、一対の配線６９により接続されている。トラック６３の磁束結合巻線６５の配列ピッチとトラック６７のそれとは異なるため、配線６９の長さは、スケール６１の位置により異なる。したがって、スケール６１の位置により磁束結合巻線６５を流れる電流の強度が異なるため、受信信号の強度を変動させる原因となる。

これに対して、第１実施形態では、図２に示すように、異なるトラック３９，４１の磁束結合巻線３７どうしが非接続である。このため、上記配線６９が存在しないため、配線６９が原因となる受信信号の強度変動を無くすことができる。したがって、第１実施形態によれば、受信信号の強度変動を低減できるので、より高精度な測定を実現できる。

次に、第１実施形態に係るエンコーダを搭載したノギス７３について説明する。図９はノギス７３の分解斜視図である。ノギス７３は本尺７５を備える。スケール３が本尺７５に取り付けられる。ノギス７３は、本尺７５に配設され、本尺７５の測定軸ｘに沿って可動するスライダアセンブリ７７を備える。

スライダアセンブリ７７はベース７９を含む。アセンブリ７７はまた、本尺７５の上に位置し、ベース７９に取り付けられたセンサヘッド１を有する。従って、ベース７９およびセンサヘッド１は本尺７５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８１に表示され、これはスライダアセンブリ７７のカバー８３に取り付けられている。

［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、アブソリュートタイプのロータリ型エンコーダである。第２実施形態も、第１実施形態と同様に、二つの送信巻線からなる群が一筆書状に構成されている点が主な特徴である。以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違を中心に説明する。

図１０は、第２実施形態に係るエンコーダの構成要素であるステータ９１の平面図であり、図１１はロータ９３の平面図である。他方の巻線保持部材の一例であるステータ９１と一方の巻線保持部材の一例であるロータ９３とが互いに対向するように配置されている。ロータ９３は回転方向Ａに回転自在に支持されている。ステータ９１やロータ９３はプリント回路基板等により構成される。

図１０に示すステータ９１は、中央に貫通穴９５が形成された絶縁基板９７を備える。リング状の受信巻線９９が貫通穴９５を囲むように絶縁基板９７上に配置されている。受信巻線９９の半径より大きい半径を有するリング状の受信巻線１０１が受信巻線９９を囲むように絶縁基板９７上に配置されている。受信巻線９９，１０１で受信巻線群Ｇ１が構成される。巻線１０１を例として受信巻線の構造を説明する。

図１２は受信巻線１０１の平面図である。受信巻線１１は、図４に示す略ひし形の受信ループ１７を複数備え、これらを貫通穴９５（図１０）に沿って配置した構成を有する、と言うことができる。

図１３は、受信巻線１０１の受信折返し部１０３付近の平面図である。受信折返し部１０３は、受信巻線１０１の先端側１０５及び末端側１０７の両方の二箇所に形成されている。詳しくは、先端側１０５では、下層導体１３が受信折返し部１０３で折り返されており、末端側１０７では、上層導体１１が受信折返し部１０３で折り返されている。よって、受信巻線１０１は、端子Ｔ６から波状に延びて先端側１０５の受信折返し部１０３で折り返し、再び波状に延びて末端側１０７の受信折返し部１０３で折り返して端子Ｔ５に至るように構成されている、と言うこともできる。

図３に示す第１実施形態の受信折返し部１９には埋込導体１５が位置しており、これにより、上層導体１１と下層導体１３が受信折返し部１９で接続されている。これに対して、図１３に示す第２実施形態では、先端側１０５の受信折返し部１０３は下層導体１３であり、末端側１０７の受信折返し部１０３は上層導体１１である。したがって、先端側１０５の受信折返し部１０３と末端側１０７の受信折返し部１０３とは接続されていない。

受信巻線９９は、受信巻線１０１と同様の構成を有している。但し、巻線９９の波長λ３は、巻線１０１の波長λ４より小さくされている。ここでの波長λとは、図１２に示すように、二つ分の受信ループ１７の回転方向Ａ（図１１）に沿う角度のことである。

一筆書状につながった送信巻線１０９，１１１が絶縁基板９７の上に配置されている。巻線１０９，１１１により送信巻線群Ｇ２が構成される。図１４は送信巻線群Ｇ２の平面図である。図１０及び図１４を参照して、送信巻線群Ｇ２について詳しく説明する。リング部１１３は、貫通穴９５の近傍に位置する端子Ｔ１（一端）から受信巻線９９の内側をリング状に延びて、送信折返し部１１５と接続されている。

送信折返し部１１５は受信巻線９９と立体交差している。送信折返し部１１５と接続されたリング部１１７は、リング部１１３より大きい半径で、受信巻線９９と受信巻線１０１との間をリング状に延びて、送信折返し部１１９と接続されている。送信折返し部１１９は受信巻線１０１と立体交差している。リング部１２１は送信折返し部１１９と接続されており、リング部１１７より大きい半径で、受信巻線１０１の外側をリング状に延びて端子Ｔ２（他端）に至るように構成されている。

送信巻線１０９はリング部１１３，１１７を含む。一方、送信巻線１１１はリング部１１７，１２１を含む。巻線１０９，１１１はリング部１１７を共用している。

次に、図１１を参照して、トラック群Ｇ３が配置されたロータ９３の構成を説明する。ロータ９３は中央に貫通穴１２３が形成されている円盤状の絶縁基板１２５を有する。複数の磁束結合巻線１２７が貫通穴１２３を囲むように、配列ピッチｐ３で絶縁基板１２５上に並べられている。これにより、リング状のトラック１２９が構成される。トラック１２９を構成する磁束結合巻線１２７の配列ピッチｐ３は、図１０に示す受信巻線９９の波長λ３に等しい。

トラック１２９を囲むように絶縁基板１２５上にトラック１３１が配置されている。トラック１２９，１３１によりトラック群Ｇ３が構成される。トラック１２９の磁束結合巻線１２７とトラック１３１のそれとは非接続である。トラック１３１の構成はトラック１２９の構成と同様である。但し、トラック１３１の磁束結合巻線１２７の配列ピッチｐ４は、配列ピッチｐ３と異なっており、図１０に示す受信巻線１０１の波長λ４と等しい。

図示しない回転軸が図１０のステータ９１の貫通穴９５に通されており、この回転軸がロータ９３の貫通穴１２３の箇所に固定されている。これにより、ロータ９３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、トラック１２９は、図１０の受信巻線９９及び送信巻線１０９と対向しており、トラック１３１は、受信巻線１０１及び送信巻線１１１と対向している。したがって、図１５に示すように、トラック１２９の磁束結合巻線１２７は、受信巻線９９及び送信巻線１０９に対して相対移動可能であると共にこれらの巻線９９，１０９に対して磁束結合が可能である。一方、トラック１３１の磁束結合巻線１２７は、受信巻線１０１及び送信巻線１１１に対して相対移動可能であると共に巻線１０１，１１１に対して磁束結合が可能である。磁束結合巻線１２７は、閉じた線状導体１３３であり、線状導体１３３は略台形状を形作るように延びている。

次に、第２実施形態に係るエンコーダの動作について、マイクロメータを例にして図１０、図１１及び図１６を参照して簡単に説明する。図１６は、上記変位検出装置を搭載したマイクロメータ１３５の正面図である。フレーム１３７にステータ９１が固定され、シンブル１３９にロータ９３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１４１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、本発明による誘導型変位検出装置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実施形態は、第１実施形態と同様の効果を有するほか、ロータリ型に基づき次の効果も有する。図１７は比較形態に係るロータ１４３の平面図である。トラック１４５の磁束結合巻線とトラック１４７のそれとは、図８と同様に配線により接続されているため、配線の長さの違いに基づく受信信号の強度変動が生じる。これに加えて、外側のトラック１４７を構成する複数の磁束結合巻線のうち、トラック１４５の磁束結合巻線と接続されていない余りの磁束結合巻線１４９が存在する。これが測定誤差の原因となる。これに対して、第２実施形態では、異なるトラックの磁束結合巻線は非接続なので、磁束結合巻線を無駄なく利用でき、上記余りが発生することがない。よって、測定精度を向上させることができる。

なお、第１及び第２実施形態は、一つのトランスデューサ（例えば、図１及び図２の送信巻線２１、受信巻線７、トラック３９）の受信巻線は１相の場合である。しかしながら、本発明の一つのトランスデューサは、互いに位相をずらして配置された二つ以上の受信巻線の場合（２相以上の受信巻線）でもよい。

また、第１及び第２実施形態は、波長が異なる二つの受信巻線（磁束結合巻線の配列ピッチが異なる二つのトラック）の場合であるが、互いに波長が異なる三つ以上の受信巻線の場合にも本発明を適用することができる。この場合に該当するのが第３実施形態である。図１８は、第３実施形態に係るエンコーダのセンサヘッドの平面図である。図１との相違を説明する。リニア部３３がさらに送信折返し部１５１と接続され、送信折返し部１５１がリニア部１５３に接続されて端子Ｔ２に至る。リニア部３３，１５３により、送信巻線１５５が構成されている。リニア部３３，１５３間に受信巻線１５７が配置されている。受信巻線１５７の波長はλ５であり、λ５＞λ２＞λ１である。

さらに、三つ以上の受信巻線（三つ以上のトラック）が互いに波長（配列ピッチ）の異なる場合だけでなく、波長が同じ受信巻線を二つ以上含む場合でも本発明を適用することができる。例えば三つの受信巻線のうち、二つの波長がλ１で、残り一つの波長がλ２の場合である。これを第４実施形態で説明する。図１９は、第４実施形態に係るエンコーダのセンサヘッドの平面図である。図１８との相違は、受信巻線１５７の波長をλ１とし、受信巻線７の波長λ１と同じにした点である。第４実施形態によれば、同じ波長λ１の受信巻線７，１５７の間にこの波長と異なる波長λ２の受信巻線９が配置された構成をしている。したがって、受信巻線群Ｇ１は、Ｘ軸及びＹ軸について線対称となる。よって、センサヘッドがスケールにアライメントされる際にずれが生じても、その影響を小さくできる（ミスアライメント特性の改善）。

また、第１及び第２実施形態では、送信巻線群の各送信巻線が受信巻線群の対応する受信巻線を囲んでいるが、囲んでいない構成でもよい。これを図２０で説明する。図２０は、第５実施形態に係るエンコーダのセンサヘッドの平面図である。図１との相違は、送信折返し部３１及びリニア部３３を有しない点である。したがって、送信巻線群Ｇ２は送信巻線２１のみで構成される。受信巻線７，９が送信巻線２１で囲まれている。

第１実施形態に係るエンコーダのセンサヘッドの平面図である。 第１実施形態に係るエンコーダのスケールの平面図である。 図１に示すセンサヘッドに配置された受信巻線群の平面図である。 図３に示す受信巻線を構成する受信ループの平面図である。 図１に示すセンサヘッドに配置された送信巻線群の平面図である。 図１に示す受信巻線及び送信巻線と図２に示すトラックとの位置関係を示す平面図である。 第１実施形態に係るエンコーダのＩＣ回路のブロック図である。 第１実施形態に対する比較形態のスケールの端部の平面図である。 第１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。 第２実施形態に係るエンコーダのステータの平面図である。 第２実施形態に係るエンコーダのロータの平面図である。 図１０に示すステータに配置された一つの受信巻線の平面図である。 図１２に示す受信巻線の受信折返し部付近の平面図である。 図１０に示すステータに配置された送信巻線群の平面図である。 図１０に示す受信巻線及び送信巻線と図１１に示すトラックとの位置関係を示す平面図である。 第２実施形態に係るエンコーダ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実施形態に対する比較形態のロータの平面図である。 第３実施形態に係るエンコーダの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センサヘッドの平面図である。 第５実施形態に係るエンコーダのセンサヘッドの平面図である。

符号の説明

１・・・センサヘッド、３・・・スケール、５・・・絶縁基板、７，９・・・受信巻線、１１・・・上層導体、１３・・・下層導体、１５・・・埋込導体、１７・・・受信ループ、１９・・・受信折返し部、２１，２３・・・送信巻線、２５・・・リニア部、２７・・・送信折返し部、２９・・・リニア部、３１・・・送信折返し部、３３・・・リニア部、３５・・・絶縁基板、３７・・・磁束結合巻線、３９，４１・・・トラック、４３・・・線状導体、４５・・・ＩＣ回路、４７・・・送信巻線駆動回路、４９，５１・・・受信信号検出回路、５３・・・演算制御回路、６１・・・スケール、６３・・・トラック、６５・・・磁束結合巻線、６７・・・トラック、６９・・・配線、７１・・・引出線、７３・・・ノギス、７５・・・本尺、７７・・・スライダアセンブリ、７９・・・ベース、８１・・・デジタル表示装置、８３・・・カバー、９１・・・ステータ、９３・・・ロータ、９５・・・貫通穴、９７・・・絶縁基板、９９，１０１・・・受信巻線、１０３・・・受信折返し部、１０５・・・先端側、１０７・・・末端側、１０９，１１１・・・送信巻線、１１３・・・リング部、１１５・・・送信折返し部、１１７・・・リング部、１１９・・・送信折返し部、１２１・・・リング部、１２３・・・貫通穴、１２５・・・絶縁基板、１２７・・・磁束結合巻線、１２９，１３１・・・トラック、１３３・・・線状導体、１３５・・・マイクロメータ、１３７・・・フレーム、１３９・・・シンブル、１４１・・・スピンドル、１４３・・・ロータ、１４５，１４７・・・トラック、１４９・・・磁束結合巻線、１５１・・・送信折返し部、１５３・・・リニア部、１５５・・・送信巻線、１５７・・・受信巻線、ｘ・・・測定軸、Ｇ１・・・受信巻線群、Ｕ・・・上層導体と下層導体のセット、Ｔ１〜Ｔ８・・・端子、λ１・・・受信巻線７の波長、λ２・・・受信巻線９の波長、Ｇ２・・・送信巻線群、Ｇ３・・・トラック群、ｐ１・・・トラック３９の磁束結合巻線の配列ピッチ、ｐ２・・・トラック４１の磁束結合巻線の配列ピッチ、Ａ・・・ロータの回転方向、λ３・・・受信巻線９９の波長、λ４・・・受信巻線１０１の波長、λ５・・・受信巻線１５７の波長、ｐ３・・・トラック１２９の磁束結合巻線の配列ピッチ、ｐ４・・・トラック１３１の磁束結合巻線の配列ピッチ、ｗ１・・・受信巻線７の幅、ｗ２・・・受信巻線９の幅

Claims (5)

1. 互いに対向して配置された一方及び他方の巻線保持部材と、
   前記一方の巻線保持部材に磁束結合巻線を複数並べて構成されたトラックの群であると共に少なくとも二つの前記トラックが互いに異なる前記磁束結合巻線の配列ピッチを有するトラック群と、
   前記他方の巻線保持部材に配置された複数の受信ループで構成された受信巻線の群であると共に前記少なくとも二つのトラックの配列ピッチにそれぞれ対応する波長を有する少なくとも二つの前記受信巻線を含む受信巻線群と、
   前記他方の巻線保持部材に配置された送信巻線の群であると共にこれらの送信巻線が一筆書状につながっている送信巻線群と、を備える、
   ことを特徴とする誘導型変位検出装置。
2. 前記送信巻線群の各送信巻線は、前記受信巻線群の対応する受信巻線を囲んでいる、
   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. 前記受信巻線群は、同じ波長の受信巻線間にこれらと異なる波長の受信巻線が配置された構成を有する、
   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. 前記送信巻線群は、複数のリニア部及び前記リニア部どうしを接続する複数の送信折返し部を含み、
   異なる前記トラックの前記磁束結合巻線どうしは非接続であり、
   前記一方の巻線保持部材はスケールであり、
   前記他方の巻線保持部材は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である、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘導型変位検出装置。
5. 前記送信巻線群は、半径の異なる複数のリング部及び前記リング部どうしを接続する複数の送信折返し部を含み、
   異なる前記トラックの前記磁束結合巻線どうしは非接続であり、
   前記一方の巻線保持部材はロータであり、
   前記他方の巻線保持部材はステータである、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘導型変位検出装置。

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